## Analisis potensi energi panas matahari untuk digunakan pada sistem refrigerasi absorpsi di bangunan perkantoran
Yusvardi Yusuf 1 , Imron Rosyadi 1 , Mekro Permana Pinem 1
1 Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Jl. Jenderal Sudirman KM 3, Kotabumi, Kec. Purwakarta, Kota Cilegon, Banten 42435 Email korespondensi: yusvardi.yusuf@untirta.ac.id

## Abstrak
Sistem pendingin konvensional yang digunakan pada gedung perkantoran merupakan salah satu penyebab penipisan  lapisan ozon dan  efek  rumah  kaca.  Untuk  itu  diperlukan  kemajuan  teknologi baru  yang  aman  bagi lingkungan  untuk  digunakan  pada  sistem  pendingin  di  gedung  perkantoran.  Sistem  pendingin  absorpsi menggunakan energi panas matahari memiliki banyak keunggulan dengan menggunakan fluida kerja yang tidak merusak seperti air, atau dalam bentuk larutan garam. Ini merupakan bentuk penghematan energi dan aman bagi lingkungan. Untuk memperoleh data pengukuran yang nyata dan objektif, pengujian dilakukan dalam dua tahap, yaitu tahap pengujian alat uji dan tahap kedua pengumpulan data pada saat alat uji beroperasi penuh. Peralatan uji dapat digunakan dalam sistem yang berdiri sendiri atau AC konvensional. Dalam pengujian diketahui bahwa rata-rata persentase konsumsi energi panas matahari per hari adalah 40% dari total energi, sehingga karena konsumsi energi panas matahari, nilai rata-rata COP sistem ini per hari adalah 2 dan nilai ini lebih besar dari yang serupa sistem pendingin absorpsi konvensional, maka dengan mengetahui nilai konsumsi energi matahari, dapat diketahui nilai penurunan emisi CO 2 sebesar 143,8 kg CO 2 per hari.
Kata kunci: sistem pendingin, sistem absorpsi, energi panas matahari, pengurangan emisi.

## Abstract
Conventional  cooling  systems  used  in  office  buildings  are  one  of  the  causes  of  ozone  layer  depletion  and greenhouse effects. It requires the advancement of new technologies that are safe for the environment to be used in  cooling  systems  in  office  buildings.  Absorption  cooling  systems  using  solar  thermal  energy  have  many advantages by using non-destructive working fluids such as water, or in the form of saline solutions. This is a form of energy saving and safe for the environment. In order to obtain real and objective measurement data, testing is performed in two stages, namely the test equipment testing stage and the second stage is data collection when the test equipment is fully operational. The test equipment can be used in stand-alone systems or conventional air conditioners. In the test, it is known that the average percentage of solar thermal energy consumption per day is 40% of total energy so due to solar thermal energy consumption, the average COP value of this system per day is 2 and this value is greater than similar absorption cooling systems. conventional, then by knowing the value of solar energy consumption, can be seen the value of CO 2 emissions reduction of 143.8 kg CO 2 per day.
Keywords: cooling system, absorption system, solar thermal energy, emission reduction.

## 1. Pendahuluan
Terdapat banyak masalah di dunia modern ini, tetapi efek  rumah  kaca  atau  pemanasan  global  berada  di urutan  atas.  Sementara  itu,  jumlah  pendinginan kompresi  uap  konvensional  dan  sistem  pendingin udara  meningkat  secara  dramatis  kira-kira  2  miliar unit  pendingin  udara  (AC)  sekarang  beroperasi  di seluruh dunia [1]. Di samping efek rumah kaca akibat melonjaknya pemakaian sistem pendingin konvensional, perubahan iklim yang diakibatkan oleh pemanasan global juga mendorong upaya baru untuk mengurangi  konsumsi  energi  dan  meningkatkan teknologi refrigerasi absorpsi [2].
Oleh karena itu banyak kajian yang mengarah kepada energi  terbarukan  atau  pemanfaatan  energi  panas matahari sebagai sumber energi. Negara-negara Eropa seperti Spanyol, Jerman dan Inggris telah melakukan kajian mengenai sistem pendingin yang
memanfaatkan  energi  matahari  [9].  Kajian  tersebut menunjukan  hasil  positif  bahwa  sistem  pendingin tersebut  dapat  bekerja  dengan  stabil  serta  memiliki performa  baik.  Negara-negara  yang  terletak  di wilayah  tropis  memiliki  keuntungan  jumlah  energi panas  matahari  pertahunnya  yang  lebih  besar  di bandingkan  negara-negara  non-tropis.  Beberapa negara  tropis  seperti  Thailand  dan  Malaysia  telah melakukan  kajian  sistem  pendingin  absorpsi  yang menggunakan  energi  panas  matahari  baik  secara simulasi  maupun  melakukan  pengujian  secara langsung  [13].  Indonesia  yang  letaknya  di  wilayah tropis dan tepat di garis khatulistiwa, memiliki rata- rata  potensi  energi  matahari  perharinya  sebesar  4,8 kW/m 2 untuk keseluruhan wilayahnya. Sebaran nilai radiasi  matahari  di  seluruh  wilayah  Indonesia  dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 . Global horizontal irradiation di Indonesia.
Chiller absorpsi  dengan air-lithium  bromide telah lama  dioperasikan  sejak  tahun  1950  di  Amerika Serikat  [19]. Chiller absorpsi  dengan  memakai air- lithium  bromide biasanya  dikonfigurasi  sebagai pendingin  air  untuk  sistem  pendingin  udara  di gedung- gedung besar. Spesifikasi yang tersedia dari chiller adalah dalam kisaran 10-1500 ton refrigerasi. Koefisien kinerja (COP) dari mesin ini, didefinisikan oleh rasio antara kapasitas pendinginan dan masukan panas  yang  dikendalikan,  bervariasi  selama  rentang 0,7 < COP < 1,3. Untuk menentukan koefisien kinerja dari mesin digunakan Persamaan 1 berikut, di mana COP  adalah coeffecient  of  performance,  Q c adalah energi pendingin  (kW),  dan Q g adalah  energi  bahan bakar gas (kW).
(1)
Siklus  absorpsi  menggunakan air-lithium  bromide sebagai fluida kerja dapat menjadi sistem yang paling sederhana dari teknologi absorpsi. Siklus terdiri dari empat komponen utama, yaitu generator, kondensor, evaporator,  dan  absorber.  Transfer  energi  antara siklus dan sekitarnya terjadi dalam empat komponen utama  dan  pompa,  arah  dari  transfer  energi ditunjukkan  oleh  panah.  Gambar  2  menunjukkan susunan tabung kolektor matahari yang terpasang di atap  gedung.  Keseluruhan  sistem  ini  terdiri  dari  5 komponen  utama  yaitu  atap  yang  terpasang  tabung kolektor  matahari,  80  ton  air-LiBr chiller absorpsi efek  tunggal,  tangki  penyimpanan  air  panas,  sistem pendukung termal dan unit fan coil . Tabung kolektor matahari  seluas  240  m 2 mengonversi  iradiasi  sinar matahari  menjadi  energi  termal  dan  dipakai  untuk memanaskan  air.  Air  panas  ini  digunakan  untuk memanaskan 80 ton air-LiBr yang menghasilkan air dingin. Untuk menjaga agar suplai air panas ini tetap stabil, maka digunakan tangki penyimpanan air panas dengan  volume  1000  liter  yang  berfungsi  menjaga panas  antara  tabung  kolektor  matahari  dan chiller . Chiller membutuhkan  air  panas  dengan  suhu  dari 70 o C  sampai  95 o C.  Penyimpanan  turun  di  bawah 70 o C, maka CNG diaktifkan untuk memanaskan air. Air dingin untuk chiller disuplai oleh cooling tower . Air  dingin  disirkulasikan  melalui  15  unit fan  coil , yang mensuplai air-conditioning (AC) untuk gedung.
Gambar 2. Susunan tabung kolektor matahari di atap gedung perkantoran.
Sistem  pendingin  absorpsi  dengan  energi  panas matahari berfungsi untuk mensuplai udara dingin ke seluruh  ruangan  gedung.  Gedung  ini  terdiri  dari  5 lantai  yang  memiliki  fungsi  sebagai  ruang  staf pengajar  dan  ruang  rapat.  Sistem  pendingin  ini bekerja  dari  pukul  08:00-17:00.  Sistem  ini menggunakan solar  collector berjenis evacuated tubular yang  terletak  di  atas  gedung  yang  memiliki luas  total  240  m 2 . Hot  water yang  dihasilkan  oleh collector tidak  langsung  dialirkan  kepada  mesin pendingin  absorpsi,  tetapi  disimpan  sementara  di dalam  tangki hot  water yang  memiliki  kapasitas volume sebesar 1000 liter guna menjaga konstan suhu hot  water .  Mesin  pendingin  absorpsi  memiliki kapasitas pendinginan sebesar 240 kW. Pendistribusian  air  dingin  untuk  gedung  dikerjakan oleh  FCU  ( fan  coil  unit ).  Untuk  membuang  panas yang dihasilkan oleh mesin pendingin absorpsi maka digunakan cooling tower berkapasitas 443 kW. Pada saat hot water yang dihasilkan oleh collector melebihi 95 o C,  maka  panas  tersebut  akan  dilepaskan  ke lingkungan  oleh  radiator.  Peralatan  pendukung lainnya  adalah  pompa,  katup,  dan  tabung  ekspansi. Pengukuran sistem ini menggunakan DAQ yang dapat mencatat data per detik. Sistem ini dikontrol dengan menggunakan perangkat lunak.

## 2. Metode
Metode  eksperimental  dilakukan  guna  mendapatkan data-data  pengukuran  yang  riil  dan  objektif.  Guna mendapatkan  data  yang  valid,  maka  pada  alat  uji dipasang beberapa sensor suhu, alat ukur tekanan dan flow meter . Semua data pengukuran yang dihasilkan disimpan dalam data komputer. Pengujian dilakukan dalam 2 tahap, tahap pertama adalah tahap uji coba, di mana  setelah  alat  uji  selesai  terpasang  lalu dioperasikan  guna  mengetahui  apakah  semua komponen  yang  terpasang  dapat  berfungsi  dengan sempurna. Tahap kedua adalah pengambilan data, di mana  dalam  tahap  ini  alat  uji  dikondisikan  bekerja penuh guna mensuplai udara sejuk ke gedung dan data yang terekam dibuat tren grafiknya guna mengetahui kemampuan riil dari alat uji. Keseluruhan sistem ini terdiri  dari  5  komponen  utama  yaitu  atap  yang
terpasang  tabung kolektor  matahari,  80  ton  air-LiBr chiller absorpsi efek tunggal, tangki penyimpanan air panas,  sistem  pendukung  termal  dan  unit fan  coil .
Tabung kolektor matahari seluas 240 m 2 mengonversi iradiasi  sinar  matahari  menjadi  energi  termal  dan dipakai  untuk  memanaskan  air.  Air  panas  ini digunakan  untuk  memanaskan  80  ton  air-LiBr  yang menghasilkan air dingin. Untuk menjaga agar suplai air  panas  ini  tetap  stabil,  maka  digunakan  tangki penyimpanan  air  panas  dengan  volume  1000  liter yang berfungsi menjaga panas antara tabung kolektor matahari dan chiller . Chiller membutuhkan air panas dengan  suhu  dari  70 o C  sampai  95 o C.  Penyimpanan turun  di  bawah  70 o C,  maka  CNG  diaktifkan  untuk memanaskan  air.  Air  dingin  untuk chiller disuplai oleh cooling tower . Air dingin disirkulasikan melalui 15  unit fan  coil, yang  mensuplai  air  dingin  untuk gedung.
Gambar 3 menampilkan perubahan suhu ambient dan radiasi matahari terhadap waktu dimulai pukul 07:00- 17:00. Nilai radiasi matahari bergerak naik dari pagi hingga siang hari dengan nilai maksimum sekitar 800 W/m 2 dan kemudian bergerak turun kembali sampai pukul  17:00.  Penurunan  nilai  yang  tiba-tiba  terjadi karena  radiasi  matahari  yang  tertutup  oleh  awan. Selain itu perubahan suhu ambient pun hampir sama dengan  perubahan  nilai  radiasi  matahari  dimana memiliki nilai maksimum sekitar 34 o C.
Gambar 3. Radiasi matahari dan suhu ambient.
Berdasarkan kondisi lingkungan, didapatkan karakteristik dari sistem ini yang dapat diperhatikan pada Gambar 3. Sistem ini mulai bekerja pukul 08:00 yang ditandai dengan menurunnya secara drastis nilai chilled water temperature . Pada saat sistem ini mulai bekerja terlihat jelas bahwa hot water temperature di dalam  tangki  penyimpanan  sebesar  56 o C.  Untuk memanfaatkan hot  water, maka  nilai  suhunya  harus lebih besar 2 o C dibandingkan dengan suhu solution di dalam mesin, sehingga kondisi tertentu atau khusunya pagi  hari  (kurangnya  energi  panas  matahari) menyebabkan  mesin  pendingin  ini  menggunakan bahan  bakar  gas  untuk  mencapai cooling  capacity . Hot  water  temperature terus  bergerak  naik  hingga pukul 09:00. Tanda mulai dimanfaatkannya air panas dapat  dilihat  dari  penurunan  nilai  suhu solution di high  generator .  Ketika  suhu  tersebut  turun,  berarti menandakan  penurunan  konsumsi  bahan  bakar  gas. Karena jumlah energi panas matahari yang tidak stabil
pada  setiap  waktu,  maka  bahan  bakar  gas  berperan penting untuk membuat stabil nilai cooling capacity, ditandai dengan naik turunnya nilai suhu solution di high  generator . Cooling  water  temperature terlihat cukup  stabil  dalam  bekerja  menyerap  panas  dari mesin pendingin absorpsi.
Gambar 4. Nilai energi dari beban pendinginan, energi matahari dan bahan bakar gas terhadap waktu .

## 3. Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan pemaparan pada pembahasan sebelumnya  maka  dibuatlah  grafik  histogram  untuk menggambarkan  performa  dari  sistem  ini.  Dari Gambar  5,  dapat  dibuat  rata-rata  persentase penggunaan  energi  listrik,  matahari  dan  gas  secara keseluruhan.  Persentase  terbesar  adalah  gas  dengan nilai  45%,  sedangkan  energi  matahari  sebesar  40%, dan sisanya adalah energi listrik 15%. Jumlah energi listrik  yang  digunakan  berasal  dari  peralatan- peralatan  seperti  pompa  dan  kipas cooling  tower . Energi  listrik  tidak  digunakan  untuk  menghasilkan panas pada generator di mesin absorpsi. Energi utama mesin pendingin absorpsi adalah energi matahari dan gas.
Gambar 5. Persentase total energi keseluruhan.
Gambar  6  dapat  dilihat  perbandingan  antara  energi input secara keseluruhan dibandingkan dengan energi cooling yang dihasilkan.
Gambar 6. Perbandingan energi input dan output.
Energi  matahari  merupakan  energi  yang  tersedia melimpah di alam, sehingga dapat diabaikan sebagai
energi  input,  kemudian  energi  listrik  juga  hanya digunakan untuk peralatan pendukung seperti pompa dan  kipas,  sehingga  juga  dapat  diabaikan,  dengan demikian  hanya  energi  gas  yang  digunakan  sebagai energi input.

## 4. Kesimpulan
Karakteristik  dan  performa  yang  didapatkan  belum dapat menarik kesimpulan secara menyeluruh, namun sudah bisa dijadikan sebagai acuan bahwa sistem ini dapat bekerja  dengan  baik  untuk  menyuplai cooling dan dapat menfaatkan energi matahari hampir setiap harinya.  Pada  pengujian  diketahui  bahwa  rata-rata persentase  penggunaan  energi  panas  matahari perharinya sebesar 40% dari total keseluruhan energi, kemudian karena pemanfaatan energi panas matahari tersebut,  maka  nilai  rata-rata  COP  sistem  ini perharinya  sebesar  2  dan  nilai  ini  lebih  besar dibandingkan sistem pendingin absorpsi sejenis tetapi yang  konvensional,  selanjutnya  dengan  diketahui nilai  pemanfaatan  energi  matahari  maka  dapat diketahui  nilai  pengurangan  emisi  gas  CO 2 sebesar 143,8 kg CO 2 perharinya.

## Daftar Pustaka
[1]  Almasri  R.A.,  Abu–Hamdeh  N.H.,  Esmaeil K.K., Suyambazhahan S., Thermal solar sorption cooling  systems  –  A  review  of  principle, technology,  and  applications.  Alexandria Engineering Journal (2022) 61, 367 – 402.
[2]  Anand  J.  et.al.,  The  relative  role  of  solar reflectance  and  thermal  emittance  for  passive daytime  radiative  cooling  technologies  applied to  rooftops.  Sustainable  Cities  and  Society  65 (2021) 102612.
[3]  Herrando  M.  et.al.,  Solar  combined  cooling, heating and power systems based on hybrid PVT, PV  or  solar-thermal  collectors  for  building applocations.  Renewable  Energy  143  (2019) 637-647.
[4]  Pintaldi  S.  et.al.,  Model  predictive  control of  a high  efficiency  solar  thermal  cooling  system with  thermal  storage.  Energy  &  Buildings  196 (2019) 214-226.
[5]  R.  Hirmiz,  M.F.  Lightstone,  J.S.  Cotton, Performance  enhancement  of  solar  absorption cooling  systems  using  thermal  energy  storage with  phase  change  materials.  Applied  Energy 223 (2018) 11-29.
[6]  Bjorn  Nienborg  et.al.,  Approaches  for  the optimized  control  of  solar  thermally  driven cooling  systems.  Applied  Energy  185  (2017) 732-744,
[7]  Francesco  Reda  et.al.,  Energy  assessment  of solar  cooling  thermally  driven  system configurations for an office building in a Nordic country. Applied Energy 166 (2016) 27-43.
[8]  Ali Shirazi et.al., A systematic parametric study and  feasibility  assessment  of  solar-assisted single-effect,  double-effect,  and  triple-effect
absorption  chillers  for  heating  and  cooling applications.
Energy Conversion and
Management 114 (2016) 258-277. [9]  A. Salman et. al., Solar thermally driven cooling systems:  Some  investigation  results  and perspectives, Energy Conversion and
Management. 65 (2013) 663-669.
[10] A.  Francis  et.  Al.,  Design  and  experimental testing  of  the  performance  of  an  outdoor LiBr/H2O  solar  thermal  absorption  cooling system with a cold store, Solar Energy. 84 (2010) 735-744.
[11] M. Pedro J. et. al., Design  and  test results of a low-capacity  solar  cooling  system  in  Alicante (Spain), Solar Energy, 86 (2012) 2950-2960.
[12] Suri  M,  Cebecauer  T.  Global  Horizontal Radiation 2015.
[13] Pongtornkulpanich,  a.  et.  al.,  Experience  with fully  operational  solar-driven  10-ton  LiBr/H2O single-effect  absorption  cooling  system  in Thailand,  Renewable  Energy,  33  (2008)  943- 949.
[14] Assilzadeh,  F.  et.  al.,  Simulation  and optimization of a LiBr solar absorption cooling system  with  evacuated  tube  collectors, Renewable Energy, 30 (2005) 1141-1159.
[15] Ministry  of  Energy  and  Mineral  Resources Indonesia. Energy Outlook 2013, Jakarta.
[16] Gomri  Rabah.,2013,  Simulation  study  on  the performance  of  solar/natural  gas  absorption cooling  chillers.  Energy  Conversion  and Management 65,pp. 675–681.
[17] Jaruwongwittaya Tawatchai, Chen Guangming.,2010, A review: Renewable energy with absorption chillers in Thailand. Renewable and  Sustainable  Energy  Reviews  14,pp.1437–
1444. [18] Pongtornkulpanich, S. Thepa,  M. Amornkitbamrung, C. Butcher.,2008,
Experience  with  fully  operational  solar-driven 10-ton  LiBr/H2O.  single-effect  absorption cooling system in Thailand. Renewable Energy 33,pp.943–949.
[19] Srikhirin P, Aphornratana S, Chungpaibulpatana S.,2001,  A  review  of  absorption  refrigeration technologies. Renew Sust Energy,pp.343–72.
[20] Karagiorgas  Michaelis,  Tsoutsos  Theocharis, Moia´-Pol A.,2007, A Simulation Of The Energy Consumption  Monitoring  In  Mediterranean Hotels  Application  In  Greece.  Energy  and Buildings 39,pp.416-426.
[21] Tsoutsos T., Aloumpi E., Karagiorgas M.,2010, Design of a solar absorption cooling system in a Greek hospital. Energy and Buildings 42,pp.265 – 272.
[22] Al-Alili  A.,  Hwang  Y.,  Radermacher  R.,  Kubo I.,2010,  Optimization  of  a  solar  powered absorption  cy  cle  under  Abu  Dhabi’s  weather conditions. Solar Energy 84,pp.2034-2040.
[23] Molero-Villar N., Cejudo-Lo´pez J.M.,
Domı´nguez-  Mun˜oz  F.,  Carrillo-Andre´s A.,2012,  A  comparison  of  solar  absorption system  configuration.  Solar  Energy  86,pp.242- 252.
[24] Edem  N’Tsoukpoe  Kokouvi,  Le  Pierrès Nolwenn, Luo Lingai.,2012, Experimentation of a  LiBr-H2O  absorption  process  for  long  term solar  thermal  storage.  Energy  Procedia 30,pp.331-341.