Pompa Panas

Suhu dapat dipahami sebagai konsentrasi energi panas dalam suatu zat atau ruang. Jika banyak energi dipadatkan dalam ruang atau benda tertentu, itu panas. Jika energinya relatif tersebar, itu dingin.

Suhu yang lebih tinggi berarti molekul-molekul suatu zat punya lebih banyak energi kinetik - yaitu makin cepat mereka bergetar dalam benda padat, atau makin cepat bergerak dan makin sering bertabrakan dalam cairan atau gas. Saat bergetar atau bertabrakan, kita merasakan energi kinetik ini sebagai energi termal (yaitu panas). Jadi suhu dapat dinaikkan dengan aktif menambahkan lebih banyak energi dari sumber luar atau memusatkan energi itu dengan menekan (lebih banyak) molekul ke dalam ruang yang lebih kecil.

Mengikuti hukum dasar termodinamika universal, energi selalu cenderung menyebar atau bergerak dari area dengan konsentrasi energi tinggi ke konsentrasi energi rendah, sampai semuanya seimbang dan setara (ini disebut Entropi - lihat Video Selanjutnya). Inilah alasan, pada hari dingin, energi panas mengalir dari rumah yang hangat ke udara luar yang dingin. Perpindahan panas ini bisa diperlambat dengan insulasi, tetapi pompa panas justru membalikkan perpindahan itu lewat pemakaian cerdas prinsip yang sama dan cairan bertekanan khusus bernama refrigeran.

Yang membuat refrigeran sangat berguna di sini adalah titik didihnya bisa kita ubah dengan mudah.

Titik didih

Mari bahas sains di balik titik didih. Mendidih mengacu pada penguapan cairan menjadi gas, saat molekul mendapat cukup energi kinetik untuk lepas dari gaya antarmolekul yang menyatukan cairan. Dalam cairan, gaya-gaya ini terus putus dan terbentuk lagi, sehingga molekul dapat bergerak melewati satu sama lain. Mengubah cairan menjadi gas membutuhkan energi yang cukup agar molekulnya dapat benar-benar terlepas. Ini tidak harus terjadi tepat pada 100 °C (212 °F) seperti yang biasanya terjadi pada air, bahkan tidak harus terjadi saat panas…

Contohnya, jika kamu memanaskan ketel di atas gunung, kamu akan mendapati bahwa air justru mendidih pada suhu lebih rendah. Ini karena tekanan atmosfer di dataran tinggi lebih rendah daripada di permukaan laut, sehingga molekul lebih mudah menyebar dan lepas, jadi air membutuhkan lebih sedikit energi untuk mendidih. Sebaliknya, di bawah tekanan lebih tinggi, molekul air tertekan rapat dan membutuhkan lebih banyak energi - dan karena itu suhu lebih tinggi - untuk mendidih dan lepas. Jadi, tekanan dapat mengubah titik didih air.

Panas sensibel vs laten

Nah, biasanya ketika kamu memanaskan (atau mendinginkan) sesuatu seperti air, menambahkan (atau menghilangkan) energi mula-mula mengubah suhunya, dengan meningkatkan (atau menurunkan) energi kinetik molekulnya dan membuatnya bergerak atau bergetar lebih cepat (atau lambat). Energi ini disebut panas sensibel dan inilah yang kita rasakan saat sesuatu terasa panas atau dingin saat disentuh.

Tapi ada trik lain - begitu air mencapai titik didihnya, suhunya berhenti naik. Sebagai gantinya, seluruh energi panas itu tiba-tiba dipakai untuk memutus ikatan yang menyatukan molekul dan memisahkan mereka satu sama lain, mengubah air menjadi uap. Suhu air (atau lebih tepatnya, uap air yang dihasilkan) tidak akan mulai naik lagi sampai semua air menguap. Hal yang sama terjadi saat es mencair dari padat menjadi cair. Ini disebut panas laten dan jumlah energinya sangat besar. Bahkan, untuk menguapkan air dibutuhkan energi 7 kali lebih besar dibanding energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu air hingga titik didihnya sejak awal.

Karena alasan inilah udara terasa lebih hangat pada hari lembap meski suhu di luar sama (atau mengapa laporan cuaca menyebut satu suhu, tetapi ‘terasa seperti’ suhu lain) - uap air tambahan di udara mengandung lebih banyak energi panas daripada udara kering (yaitu mengandung semua panas laten tambahan ini).

Begitu juga cara keringat mendinginkan tubuhmu: Saat keringat menguap, ia menyerap banyak sekali panas tubuh sebagai energi laten dan membawa panas itu menjauh dari kulitmu. Dalam kondisi lembap, ketika sudah ada banyak air yang menguap di udara, proses ini melambat, sehingga kondisinya terasa jauh lebih panas.

Kebalikannya terjadi saat air mengembun dari uap kembali menjadi cairan. Sama seperti ketika kamu menambahkan panas untuk mendidihkan air, air melepaskan kembali banyak sekali energi saat mengembun. Dengan begitu, saat apa pun berubah fase - yaitu mendidih, meleleh, mengembun, atau membeku - ia perlu menyerap atau melepaskan energi panas ‘laten’ saat ikatan-ikatan itu putus atau terbentuk.

Suhu vs tekanan

Jadi menambahkan atau menghilangkan panas mengubah suhu, tetapi hal serupa terjadi saat kamu mengubah tekanan.

Tekanan dapat diterapkan pada benda padat, cairan, dan gas, tetapi gas mudah dimampatkan karena ada ruang di antara molekulnya, yang relatif tersebar. Sebaliknya, cairan dan benda padat tidak dapat dimampatkan dengan cara yang sama, karena kamu tidak bisa menekan molekulnya lebih rapat dari yang sudah ada. Pada cairan, pemberian tekanan justru membuat molekul lebih sulit terpisah menjadi gas. Uap adalah jenis gas yang, di bawah suhu kritis, dapat langsung dimampatkan menjadi cairan tanpa perlu didinginkan secara aktif. Ini tidak mungkin untuk semua gas yaitu semua uap adalah gas, tetapi tidak semua gas adalah uap.

Kita tahu bahwa uap air lebih mudah mengembun saat berada di bawah tekanan, yang membantu menekan molekul agar lebih rapat. Namun dengan tekanan yang cukup, kamu bisa langsung memampatkan uap air kembali menjadi cairan tanpa perlu mendinginkannya. Lalu, saat uap mengembun menjadi cairan, ia melepaskan seluruh energi latennya. Sebaliknya, pada tekanan yang cukup rendah, molekul cairan akan menyebar tanpa benar-benar membutuhkan panas. Lalu saat terpisah dan menguap, mereka menyerap energi laten dari sekitarnya.

Namun, ini menciptakan semacam tarik-menarik. Saat memampatkan gas dan uap, pemberian tekanan juga akan menaikkan suhunya. Menekan molekul ke ruang yang lebih kecil (atau lebih banyak molekul ke ruang yang sama) akan meningkatkan konsentrasi molekul - molekul lebih berdekatan, tabrakan terjadi lebih sering, dan lebih banyak energi kinetik terkonsentrasi dalam ruang itu.

Jadi di sinilah mulai rumit - dengan menaikkan tekanan, kamu mendapat efek yang saling bertentangan: molekul uap ditekan rapat sehingga lebih mungkin mengembun, tetapi ini juga menaikkan suhu, sehingga kemungkinannya untuk mengembun menjadi lebih kecil.

Titik didih (atau pengembunan) uap kini telah naik karena tekanan, yaitu dibutuhkan masukan energi lebih besar dan suhu lebih tinggi untuk mempertahankan uap sebagai gas dalam kondisi tekanan tinggi yang baru ini.

Jadi, jika suhunya sendiri tidak berubah, dengan tambahan tekanan itu, ia akan jauh lebih dekat untuk turun di bawah titik didih baru dan mengembun.

Tapi tentu saja, suhunya sendiri telah berubah, juga meningkat akibat tekanan. Jadi walaupun tekanan menaikkan titik didih, tekanan juga menaikkan suhu uap, dan kenaikan suhu yang terjadi bersamaan ini menahan proses pengembunan serta menjaga uap tetap dalam keadaan gas di atas titik didih yang terus meningkat.

Agar uap benar-benar mengembun, kamu perlu menaikkan tekanannya lebih jauh lagi - sampai kenaikan titik didih melampaui kenaikan suhu yang terjadi bersamaan - atau mendinginkannya, dengan aktif menarik panasnya, sehingga seluruh energi kinetik tambahan itu dapat menyebar dan suhunya turun di bawah titik didih barunya.

Ini menunjukkan bahwa suhu, titik didih, dan tekanan saling berkaitan erat. Kamu bisa memaksa sesuatu berubah suhu (atau fase) dengan 1) aktif menambahkan atau menghilangkan energi panas sensibel (atau laten) atau 2) mengubah tekanan, yang kemudian dapat memaksa panas laten diserap atau dilepaskan. Dan memberi tekanan pada cairan atau gas menaikkan titik didihnya (yaitu suhu saat ia menguap atau mengembun).

Tentu saja, semua ini juga berlaku untuk senyawa selain air: Inilah mengapa menyemprotkan sekaleng deodoran bertekanan terasa dingin di kulit - penurunan tekanan cepat saat disemprotkan membuat molekul aerosol cair (dan energinya) menyebar menjadi gas dan menyebabkan suhunya anjlok.

Pompa panas tidak menghasilkan panas seperti boiler, tungku, atau pemanas listrik biasa. Sebaliknya, pompa ini memakai prinsip termodinamika untuk memindahkan panas yang sudah ada melawan arah alaminya yaitu menangkap energi panas berkualitas rendah (yaitu yang tersebar) dari luar dan memusatkannya di dalam ruangan. Ini dilakukan dengan refrigeran dalam sistem tertutup, yang digerakkan oleh empat komponen utama: kompresor, katup ekspansi, dan dua penukar panas, yang dikenal sebagai evaporator dan kondensor. Sebenarnya, sistem ini sama persis dengan yang dipakai kulkas dan AC, hanya bekerja ke arah sebaliknya (yaitu memusatkan panas di dalam rumah alih-alih membuangnya keluar). Kita akan mulai dengan melihat pompa panas udara-ke-udara, yang pada dasarnya adalah AC yang dibalik cara kerjanya:

• Langkah 1: Pada tekanan atmosfer normal, refrigeran memiliki titik didih yang sangat rendah, sekitar -50 °C (-58 °F). Siklusnya dimulai sebagai campuran cairan-uap yang sangat dingin pada tekanan sangat rendah, mendekati titik didihnya.
  Refrigeran melewati gulungan pipa yang disebut evaporator dan mulai menyerap panas dari udara luar (yang ditiupkan melintasi gulungan oleh kipas). Karena refrigeran sangat dingin, ia menyerap panas bahkan saat cuaca di luar cukup dingin - bahkan pada suhu udara di bawah nol (°C)^† - selama udara masih lebih hangat daripada refrigeran itu sendiri. Saat menyerap panas, refrigeran menghangat, lalu segera melewati titik didihnya yang rendah dan menguap menjadi gas. Saat itu terjadi, refrigeran menyerap lebih banyak energi yaitu panas latennya.
• Langkah 2: Kini refrigeran adalah uap gas sepenuhnya pada tekanan rendah. Uap ini masih relatif sejuk (paling tinggi bersuhu sama dengan udara luar), tetapi berkat panas laten tambahan yang diserapnya, uap ini menyimpan energi yang cukup besar.
  Gas refrigeran lalu melewati kompresor. Kompresor memberi tekanan dan memampatkan gas, merapatkan molekul-molekulnya serta seluruh energinya ke ruang yang lebih kecil (yaitu molekul lebih sering bertabrakan, sehingga energi kinetiknya meningkat), dan suhunya naik.
  Tindakan pemampatan inilah yang memanaskan uap. Kini refrigeran cukup panas, biasanya sekitar 50-70 °C (120-160 °F) - cukup panas sehingga tetap menjadi gas, meski titik didihnya kini juga naik.
• Langkah 3: Refrigeran lalu masuk ke unit dalam ruangan dan melewati gulungan lain yang disebut kondensor. Kini refrigeran jauh lebih panas (energinya lebih terkonsentrasi) daripada udara di dalam ruangan, jadi panas secara alami dilepaskan dan mengalir ke ruangan. Saat itu terjadi, refrigeran mendingin. Refrigeran tidak perlu mendingin banyak sebelum suhunya turun di bawah titik didih barunya, yang naik akibat tekanan lebih tinggi di gulungan kondensor. Refrigeran lalu dengan mudah mengembun kembali menjadi cairan dan melepaskan energi laten dalam jumlah besar itu - cukup untuk memanaskan seluruh ruangan atau rumah.
• Langkah 4: Kini refrigeran adalah cairan sejuk (mendekati suhu ruangan) bertekanan tinggi, yang sudah kehilangan sebagian besar energi panasnya, lalu melewati katup ekspansi yang menurunkan tekanan. Ini mengurangi tekanan di dalam pipa dan memungkinkan refrigeran mengembang - sehingga molekulnya bisa menyebar dan membiarkan sisa energi terlepas ke luar. Ini mengembalikan refrigeran menjadi campuran cairan-uap dan mendadak membuatnya sangat dingin, siap memulai siklus lagi dan kembali melewati evaporator untuk mengumpulkan lebih banyak panas.

Ini menunjukkan bagaimana pengaturan tekanan, perubahan fase, dan panas laten dapat memindahkan energi dalam jumlah besar, jauh lebih banyak daripada yang bisa dipindahkan lewat perbedaan suhu biasa hanya dengan panas sensibel. Sebaliknya, air panas di radiator kamu cepat melepaskan panas sensibel yang bisa kamu rasakan (yang kita tahu jauh lebih kecil dibanding panas laten), jadi untuk memanaskan seluruh ruangan air panas perlu terus ditambah lagi melalui radiator kamu. Laju aliran refrigeran dalam pompa panas bisa jauh lebih rendah untuk menghasilkan jumlah panas yang sama. Untungnya, pompa panas juga bisa dipadukan dengan boiler dan sistem pemanas berbasis air untuk memindahkan panas ke air yang mengalir melalui radiator, pemanas lantai, dan pasokan air rumah Anda (lihat Jenis-Jenis Pompa Panas).

^† Catatan: Panas atau energi termal tetap ada bahkan saat suhu berada di bawah 0 °C - hanya sangat tersebar. 0 °C sendiri adalah penanda yang dibuat secara arbitrer pada skala suhu berkelanjutan (skala Celsius), berdasarkan titik leleh/beku air pada tekanan atmosfer normal. Karena itu, skala Celsius bisa turun di bawah nol hingga angka negatif.

‘Nol Absolut’ yang sebenarnya didasarkan pada skala energi absolut (Skala Kelvin), yang menentukan suhu terendah yang secara teori mungkin untuk senyawa apa pun, saat energi berada pada titik minimum mutlak. Skala Kelvin tidak turun di bawah 0 K, yang setara dengan -273 °C, karena energi tidak bisa bernilai negatif. Pada suhu berapa pun di atas ini, pompa panas secara teori bisa bekerja. Dalam praktiknya, pompa panas modern dapat mengambil energi dari udara sedingin -20 °C (yaitu 253 K). Jika kinerjanya buruk pada kondisi di atas itu, biasanya penyebabnya adalah desain atau pemasangan, bukan teknologinya sendiri.

Pompa panas memakai listrik untuk memindahkan panas dari satu tempat ke tempat lain, bukan untuk menghasilkan panas. Sebaliknya, sistem pemanas tradisional menghasilkan panas, baik lewat hambatan listrik (‘pemanasan resistif’, yang dipakai pada pemanas listrik) maupun dengan membakar bahan bakar fosil seperti batu bara atau gas di tungku atau boiler.

Ini membuat pompa panas jauh lebih efisien. Paling tinggi, tungku atau boiler gas biasa mungkin mencapai efisiensi sekitar 90% - sebagian energi dari pembakaran pasti lepas bersama asap panas saat uap air dilepaskan (dalam bentuk energi laten yang tidak tertangkap). Untuk pemanas listrik, listrik dari jaringan listrik - yang dihasilkan dengan membakar bahan bakar fosil dan dialirkan lewat transformator serta kabel transmisi bermil-mil dari pembangkit listrik - hanya setara sekitar 40% dari energi kimia awal yang terkandung dalam bahan bakar fosil di lokasi lain tersebut.

Sementara itu, pompa panas memakai listrik yang relatif sedikit untuk menjalankan kipas di unit dalam dan luar ruangan serta menyalakan kompresor. Refrigeran di dalam sirkuit berubah fase lewat proses alami dan spontan - pompa panas hanya menciptakan kondisi yang tepat agar ini terjadi. Karena itu, pompa panas yang dirancang dan dipasang dengan baik dapat memindahkan lebih dari 3 kali energi dibanding listrik yang dikonsumsinya (yaitu 300%). Dalam kondisi ideal (lihat Sistem Pemanas), ini bisa naik menjadi lebih dari 5 atau bahkan 8 kali lebih efisien (500-800%).

Efisiensi = Energi keluaran (panas yang Anda dapatkan) ÷ Energi atau bahan bakar masukan (yang Anda bayar)

Tergantung tempat tinggal Anda, harga listrik biasanya jauh lebih tinggi daripada harga gas. Misalnya, di Inggris, harga listrik sekitar 3 kali harga gas. Namun karena pompa panas bisa bekerja dengan efisiensi di atas 300%, biaya pakainya bisa lebih murah daripada boiler gas - terutama saat selisih harga listrik-gas menyempit seiring peralihan ke jaringan listrik dan kebijakan yang lebih hijau, serta harga listrik turun.

Pilihan termurah dan paling efisien adalah menjalankan pompa panas dengan listrik terbarukan. Namun bahkan jika pompa panas ditenagai listrik dari bahan bakar fosil, alat ini tetap bisa lebih efisien dan murah daripada sistem pemanas tradisional. Pompa panas yang berjalan dengan ukuran efisiensi hanya 2,5 mungkin hanya dapat memakai 40% dari energi awal dalam gas alam yang dibakar di pembangkit listrik, tetapi dengan memakai listrik itu untuk memindahkan energi 2,5 kali lebih besar daripada yang dikonsumsi, angka 40% itu naik menjadi 100% - dan dengan begitu melampaui bahkan efisiensi 90% yang dicapai dengan membakar gas di lokasi.

Bagaimana efisiensi pompa panas berpengaruh pada kinerja nyata dan biaya penggunaan bergantung pada:

• Ukuran rumah: rumah yang lebih besar membutuhkan lebih banyak energi untuk dipanaskan.
• Insulasi: rumah dengan insulasi baik menyimpan panas dan memungkinkan pompa bekerja pada suhu yang lebih rendah dan lebih efisien.
• Desain dan pemasangan sistem: pemasangan yang buruk atau unit lama bisa bekerja jelek dan lebih mahal daripada boiler, tetapi unit modern yang dipasang dengan baik bisa menghemat banyak uang.

Ada beberapa jenis pompa panas, tetapi semuanya memakai prinsip dasar yang sama. Jenis yang paling umum mengambil panas dari udara:

• Pompa panas udara-ke-udara pada dasarnya adalah sistem pendingin udara yang dibalik. Keduanya memakai dua penukar panas koil-kipas, dengan kipas yang meniupkan udara melewati setiap koil berisi refrigeran untuk menyerap atau melepaskan panas. Perbedaannya dengan pendingin udara sangat kecil, kecuali refrigeran memindahkan panas ke arah berlawanan - pada pendingin udara, evaporator berada di dalam untuk menyerap panas, dan kondensor berada di luar untuk melepaskannya.
  Pompa panas udara-ke-udara dapat menghangatkan ruangan lebih cepat dan kadang bisa dibalik untuk menghasilkan pendinginan. Di sini, evaporator dan kondensor dapat saling ditukar, dan katup tambahan membalik aliran refrigeran tanpa perlu membalik kompresor. Ini juga bisa memberi manfaat pendingin udara dan pengurangan kelembapan: Koil evaporator menyerap panas dari sekitarnya sehingga membuat semua di sekelilingnya sangat dingin - uap air mengembun dari udara saat menyentuh koil, yang lalu mengurangi kelembapan di ruangan.
  Harganya lebih murah dan fleksibel ditempatkan di sekitar furnitur; namun, umumnya kurang nyaman untuk ruang tinggal (bisa berisik, banyak hembusan, dan membuat aliran udara bergejolak, serta suhu berulang kali terlalu tinggi dan terlalu rendah), dan lebih sulit menyeimbangkan panas di seluruh rumah, sehingga sering perlu sistem beberapa unit dalam ruangan di berbagai kamar, atau sistem saluran untuk menyalurkan udara hangat ke seluruh bangunan. Selain itu, Anda tetap memerlukan bentuk pemanas tambahan untuk air panas rumah tangga.
• Pompa panas udara-ke-air memakai koil atau penukar panas pelat logam untuk memindahkan panas dari refrigeran ke air yang mengalir melalui radiator dan pemanas lantai, atau air di dalam tangki air panas rumah tangga Anda (ini sistem terpisah - Anda tentu tidak mau mandi dengan air radiator!). Sistem ini lebih lambat memanas tetapi juga lebih lambat mendingin. Karena itu, sistem ini cocok untuk lingkungan yang lebih nyaman dan stabil. Ini juga memungkinkan tangki air panas Anda digunakan sebagai bentuk penyimpanan energi. Namun, harganya jauh lebih mahal dan bisa memerlukan peningkatan besar pada pipa dan radiator (yang memakan ruang dinding dan mungkin terhalang furnitur). Selain itu, beberapa tempat, seperti AS, mungkin belum memasang sistem berbasis air.
• Sistem gabungan dapat memakai radiator dan koil-kipas, tergantung ruangannya misalnya radiator di kamar mandi, dan unit kipas di ruangan lain. Sementara itu, sistem pemulihan panas dapat memakai panas yang diambil oleh sistem pendingin udara yang biasanya dibuang ke luar pada musim panas dan memakainya untuk memanaskan air panas rumah tangga.

Unit pompa panas sumber udara juga tersedia dalam susunan yang berbeda:

• Unit split block secara historis paling umum, dengan satu unit penukar panas berada di dalam dan satu di luar. Kompresor dan katup ekspansi biasanya berada di unit luar untuk membatasi gangguan kebisingan dan menghemat ruang di dalam. Pipa refrigeran lalu membentang dari luar ke dalam, dengan unit-unit yang dapat ditempatkan berjauhan untuk mengoptimalkan penggunaan ruang.
• Unit monoblock kini makin populer. Biasanya berupa pompa panas udara-ke-air, kedua penukar panas dan seluruh sirkuit refrigeran berada dalam satu unit luar, dengan pipa yang menyalurkan air panas ke radiator di dalam. Ini menghindari kebutuhan akan pipa refrigeran khusus yang masuk dan keluar rumah, sehingga menghemat waktu dan biaya serta mengurangi risiko.

Pompa panas sumber udara bekerja efektif dalam sebagian besar kondisi, meski di bawah -20 °C, kinerjanya bisa menurun. Mirip seperti pendingin udara yang dapat mengurangi kelembapan udara, pada musim dingin, air dapat mengembun dan membeku pada koil atau unit luar, sehingga menyebabkan penumpukan bunga es. Ini bisa mudah diatasi (misalnya sistem secara otomatis dan sementara membalik siklus pendinginan agar bunga es mencair) tetapi hal ini dapat menurunkan efisiensi rata-rata seiring waktu (meski teknologi pencairan bunga es aktif atau pencegahan bunga es yang baru sudah ada).

Pompa panas sumber tanah biasanya lebih efisien dan efektif pada suhu rendah, karena suhu tanah lebih stabil dan konsisten daripada udara, terutama selama musim dingin saat pemanasan paling dibutuhkan. Sistem ini memakai satu sirkuit tertutup lain berisi fluida yang bersirkulasi (biasanya campuran air dan antibeku) yang disebut kolektor untuk menyerap panas dari tanah (atau menyimpan panas jika bekerja terbalik untuk pendinginan) dan memindahkan panas ke refrigeran melalui evaporator. Ada dua jenis kolektor utama:

• Susunan horizontal melibatkan pipa yang dipasang di parit dangkal. Semakin menyebar (tidak mengelompok) pipanya, semakin banyak panas yang dapat diambil, sehingga semakin efisien. Ini juga menurunkan risiko menyedot panas terlalu banyak hingga tanah membeku (yang bisa sangat merusak). Kolektor paling efisien mencakup tanah seluas mungkin dalam satu putaran berkelanjutan.
• Susunan vertikal memerlukan jauh lebih sedikit ruang dan menembus jauh ke dalam tanah (sejauh infrastruktur bawah tanah yang ada memungkinkan - survei tanah diperlukan!). Sistem ini hadir dalam dua susunan berbeda:
• • Sirkuit tertutup - lubang bor dalam digali dengan satu putaran pipa panjang, lalu ditimbun kembali. Beberapa lubang bor mungkin diperlukan untuk rumah biasa, tergantung kedalaman masing-masing.
  • Sirkuit terbuka memanfaatkan akuifer, yaitu memakai air bawah tanah langsung sebagai fluida pemindah panas yang mengalir di sekitar sirkuit kolektor. Sistem ini lebih efisien (memiliki satu titik/penghalang perpindahan panas lebih sedikit) tetapi memerlukan keahlian dan perawatan lebih khusus (air kotor memerlukan pembersihan filter sistem secara rutin).

Pompa panas sumber tanah sering bergantung pada air di dalam tanah untuk menghantarkan dan mengisi kembali panas, yang bergantung pada porositas dan permeabilitas tanah. Pilihan yang lebih mudah adalah mengambil panas langsung dari badan air.

Pompa panas sumber air bisa lebih efisien dan stabil daripada pompa panas sumber tanah dan memakai sirkuit tertutup atau terbuka dengan cara yang sama: memakai sirkuit tertutup terpisah berisi fluida kolektor yang melewati air, atau air langsung dari sumbernya (yang lagi-lagi meningkatkan efisiensi tetapi memerlukan pembersihan rutin). Laju air mengalir kembali (dan juga panas yang tersedia) sangat penting - air mengalir bisa lebih efektif daripada air diam tanpa arus aktif yang mengisi kembali air di sekitarnya. Lebih baik juga mengambil panas dari hulu dan membuang air bekas yang kehilangan panas ke hilir, untuk memaksimalkan efisiensi dan menghindari sirkulasi ulang air dingin yang sudah dipakai.

Pompa panas sumber tanah dan air memerlukan biaya pemasangan awal yang jauh lebih besar dan membutuhkan akses ke ruang atau air yang cukup, tetapi, dengan efisiensi lebih tinggi, berpotensi memberi penghematan biaya operasional yang lebih besar seiring waktu. Namun, pompa panas sumber udara telah berkembang pesat dan membuat persaingan jadi lebih seimbang - kini suhu dan kestabilan sumber panas tidak terlalu ditekankan, sementara fokusnya lebih pada mengoptimalkan desain hidronik dan sistem pemanas itu sendiri.

Sensor dan kontrol sistem:

• Termostat pintar - bisa membantu menjaga pemanasan tetap stabil dengan mengatur suhu secara cermat lewat penyesuaian kecil, alih-alih berulang kali mematikan dan menyalakan pemanasan.
• Kompensasi cuaca - pemanasan diatur secara proaktif menggunakan sensor yang mendeteksi suhu luar ruangan, sebelum suhu itu memengaruhi suhu di dalam rumah Anda.

Suhu air sistem basah:

• Radiator yang lebih besar dan tangki air yang lebih besar dapat menampung lebih banyak air dan karenanya lebih banyak energi termal pada suhu tertentu. Artinya, keduanya bisa menjaga air pada suhu lebih rendah untuk menyimpan jumlah panas yang sama seperti tangki atau radiator yang lebih kecil (yaitu pada kerapatan termal yang lebih rendah). Ini mengurangi perbedaan suhu antara air dan sekitarnya, sehingga perpindahan panas melambat. Meski ini memperlambat laju sistem memanaskan rumah Anda, radiator yang lebih besar juga memberi luas permukaan lebih besar untuk melepaskan panas, yang mengimbangi laju perpindahan yang lebih lambat. Ini juga meningkatkan kestabilan dengan menyalurkan panas lebih konsisten dan memperlambat kehilangan panas yang tidak diinginkan dan boros dari tangki serta pipa penghubung.
  Selain itu, ini memungkinkan sistem pemanasan beroperasi dengan suhu aliran yang lebih rendah secara keseluruhan. Karena refrigeran harus lebih panas daripada air agar panas dapat berpindah ke dalamnya, air yang lebih dingin membuat suhu target refrigeran bisa tetap lebih rendah. Sumber panas selalu harus lebih panas untuk mendorong perpindahan panas, jadi suhu aliran atau tangki yang lebih panas memaksa pompa panas bekerja lebih panas, sedangkan suhu aliran atau tangki yang lebih dingin berarti suhu refrigeran juga bisa lebih rendah.
  Suhu target refrigeran yang lebih rendah juga berarti perbedaan suhu dengan sumber panas luar ruangan yang harus diatasi pompa panas menjadi lebih kecil. Karena itu, kompresor punya lebih sedikit kerja untuk menaikkan tekanan dan suhu refrigeran, sehingga konsumsi listrik turun dan efisiensi meningkat.
• Stratifikasi (yaitu pembentukan alami gradien suhu - atau ‘termoklin’ - di dalam tangki air Anda) dapat membantu menurunkan suhu air yang menerima panas dari refrigeran, sehingga meningkatkan laju perpindahan panas atau mengurangi kebutuhan akan refrigeran yang lebih panas. Karena itu, lebih baik menempatkan koil penukar panas di bagian bawah tangki, tempat air dingin yang lebih berat berada di bawah air yang lebih hangat.
  Karena alasan ini, lebih baik menggunakan silinder yang lebih tinggi dan ramping yang menonjolkan termoklin ini, dan mengarahkan air dingin yang kembali dari radiator di seluruh rumah ke bagian bawah tangki bersama sisa air dingin (pada tekanan dan kecepatan rendah agar tidak mengaduk air yang sudah ada di dalam tangki).

Pipa dan penukar panas:

• Penukar panas yang lebih kuat dapat memanaskan air lebih cepat atau dengan perbedaan suhu yang lebih kecil di seluruh sistem. Misalnya, koil yang lebih panjang atau beralur memiliki luas permukaan lebih besar sehingga dapat meningkatkan perpindahan panas. Namun:
• • Jika jalur aliran terlalu panjang atau sempit, hal itu akan membatasi laju aliran refrigeran, sehingga penyaluran panas juga terbatas. Pompa lalu harus bekerja lebih keras, sehingga suhu masukan refrigeran yang diperlukan di pompa panas meningkat.
  • Jika diameter dalam koil terlalu lebar, tekanannya akan turun serta fluida akan bergerak terlalu lambat, yang memungkinkan terbentuknya lapisan penghambat di sekitar tepi pipa yang akan membatasi perpindahan panas.
  
  Ini juga berlaku untuk pipa air dan koil yang membentang menuju dan melalui radiator Anda. Pipa harus disetel dengan cermat dan diseimbangkan untuk membantu memaksimalkan perpindahan panas di radiator, tetapi meminimalkan kehilangan panas dari pipa penghubung.

(Materi Tambahan berdasarkan informasi dari Technology Connections & Heat Geek)