Cara Memilih Air-Cooled atau Water-Cooled Chiller untuk Gedung

Memilih chiller untuk gedung tidak cukup hanya dengan melihat kapasitas pendinginan atau harga unit. Air-cooled chiller memang lebih sederhana untuk dipasang, sedangkan water-cooled chiller umumnya lebih efisien. Namun, pilihan yang paling sesuai tetap bergantung pada profil beban gedung, jam operasional, kondisi iklim, ketersediaan ruang dan air, kemampuan perawatan, serta biaya selama sistem digunakan.

Karena itu, aturan sederhana seperti “gedung kecil memakai air-cooled, sedangkan gedung besar memakai water-cooled” tidak selalu menghasilkan keputusan yang tepat. Gedung berkapasitas besar pun bisa lebih cocok memakai air-cooled ketika pasokan air terbatas atau tim operasionalnya tidak siap mengelola cooling tower. Sebaliknya, water-cooled dapat lebih ekonomis untuk gedung yang beroperasi lama dengan beban pendinginan tinggi dan relatif stabil.

Perbedaan Utama Air-Cooled dan Water-Cooled Chiller

Air-cooled chiller membuang panas dari refrigeran langsung ke udara luar melalui condenser coil dan fan. Unit ini biasanya dipasang di atap atau area terbuka agar mendapatkan aliran udara yang cukup.

Water-cooled chiller membuang panas ke air kondensor. Panas tersebut kemudian dilepaskan ke udara melalui cooling tower. Sistem ini membutuhkan lebih banyak komponen, seperti condenser-water pump, cooling tower, jaringan pipa, dan sistem pengolahan air.

Perbedaan konfigurasi tersebut memengaruhi efisiensi, kebutuhan ruang, biaya instalasi, konsumsi air, tingkat kebisingan, dan kompleksitas perawatan.

Tabel tersebut hanya memberikan gambaran awal. Dalam proyek nyata, setiap faktor perlu dinilai berdasarkan kondisi gedung, bukan dijadikan batas mutlak.

Bandingkan Efisiensi dalam Kondisi yang Sama

Water-cooled chiller biasanya memiliki efisiensi unit yang lebih baik karena cooling tower menggunakan proses pendinginan evaporatif. Temperatur air kondensor dapat mendekati temperatur wet-bulb udara luar, yang umumnya lebih rendah daripada temperatur dry-bulb yang dihadapi air-cooled chiller.

Berdasarkan SNI 6390:2020, kinerja minimum air-cooled chiller berada pada kisaran COP 2,98 sampai 2,99 atau maksimum sekitar 1,18 kW/TR. Sementara itu, batas kinerja water-cooled chiller berada pada kisaran 0,75 hingga 0,56 kW/TR, bergantung pada kapasitas dan jenis kompresornya.

Angka tersebut tidak boleh dibandingkan tanpa memperhatikan kondisi pengujiannya. SNI menggunakan kondisi udara luar 33°C dry-bulb untuk air-cooled dan temperatur air masuk kondensor 30°C untuk water-cooled.

Kinerja aktual di lapangan dapat berbeda ketika temperatur udara, kelembapan, kualitas instalasi, kondisi coil, temperatur air kondensor, atau beban pendinginan berubah. Karena itu, membandingkan dua produk hanya berdasarkan COP tertinggi dalam brosur dapat menghasilkan kesimpulan yang keliru.

Konsumsi energi seluruh sistem juga perlu diperhitungkan. Water-cooled chiller membutuhkan energi untuk condenser-water pump, chilled-water pump, cooling tower fan, dan peralatan pendukung lainnya.

SNI 6390:2020 merekomendasikan agar kinerja keseluruhan chiller plant, termasuk chiller, chilled-water pump, condenser-water pump, dan cooling tower, tidak melebihi 0,725 kW/TR. Dengan kata lain, efisiensi unit chiller saja belum menggambarkan konsumsi energi plant secara lengkap.

Perhatikan Profil Beban, Bukan Hanya Beban Puncak

Kapasitas chiller biasanya ditentukan berdasarkan beban pendinginan maksimum gedung. Namun, gedung jarang beroperasi pada beban 100% sepanjang hari dan sepanjang tahun.

Beban pendinginan dapat berubah mengikuti jumlah penghuni, orientasi bangunan, panas matahari, penggunaan lampu dan peralatan, jam operasional, serta pola pemakaian ruang. Gedung perkantoran, hotel, rumah sakit, pusat perbelanjaan, dan data center memiliki profil beban yang berbeda.

Karena itu, efisiensi pada beban parsial sering lebih berpengaruh terhadap konsumsi energi tahunan daripada efisiensi pada beban penuh. Nilai IPLV menurut AHRI memperhitungkan performa pada beban 100%, 75%, 50%, dan 25%, tetapi tetap menggunakan kondisi rating standar.

Untuk memperoleh perbandingan yang lebih akurat, pemilik gedung sebaiknya meminta data performa pada beberapa tingkat beban dan temperatur operasi. Simulasi energi tahunan berdasarkan profil beban gedung akan memberikan gambaran yang lebih realistis daripada hanya mengandalkan satu angka COP atau kW/TR.

Perhatikan juga kemampuan chiller menurunkan kapasitasnya saat beban rendah atau minimum unloading. Chiller yang terlalu besar dapat sering menyala dan mati atau bekerja tidak efisien ketika beban aktual jauh di bawah kapasitas nominalnya.

Hitung Jam Operasional Gedung

Jam operasional menentukan seberapa cepat penghematan energi water-cooled chiller dapat menutup investasi awal yang lebih tinggi.

Air-cooled chiller cenderung lebih menarik untuk gedung yang hanya beroperasi beberapa jam sehari, memiliki beban tidak terlalu besar, atau tidak digunakan setiap hari. Penghematan energi dari water-cooled mungkin belum cukup untuk mengimbangi tambahan biaya cooling tower, pompa, perpipaan, pengolahan air, dan perawatan.

Water-cooled chiller lebih layak dipertimbangkan ketika sistem bekerja dalam waktu lama, misalnya pada rumah sakit, hotel, pusat perbelanjaan, fasilitas industri, atau data center. Dalam kondisi tersebut, selisih konsumsi listrik dapat terakumulasi menjadi biaya yang cukup besar selama masa penggunaan sistem.

Namun, keputusan tetap perlu dibuat melalui perhitungan biaya siklus hidup. Contoh analisis pengadaan dari FEMP menggunakan periode 23 tahun untuk membandingkan biaya chiller, tetapi angka tersebut bukan umur baku untuk semua proyek. Masa evaluasi perlu disesuaikan dengan usia bangunan, strategi penggantian peralatan, kondisi perawatan, dan rencana investasi pemilik.

Evaluasi Ketersediaan dan Biaya Air

Water-cooled chiller membutuhkan air tambahan untuk menggantikan air yang hilang melalui evaporasi, blowdown, drift, kebocoran, dan overflow pada cooling tower.

Sebagai gambaran, metode estimasi FEMP menunjukkan bahwa cooling tower berkapasitas 100 TR yang bekerja pada beban penuh selama 24 jam dapat menggunakan sekitar 15,6 sampai 20,7 m³ air per hari. Pemakaian aktual dapat lebih rendah atau lebih tinggi, bergantung pada beban, jam operasi, kondisi iklim, kualitas air, dan cycles of concentration.

Meningkatkan cycles of concentration dapat mengurangi volume blowdown dan kebutuhan make-up water. Namun, peningkatannya dibatasi oleh kandungan mineral, risiko kerak, korosi, dan kemampuan sistem pengolahan air.

Sebelum memilih water-cooled chiller, periksa beberapa hal berikut:

• Ketersediaan dan kontinuitas pasokan air.
• Biaya air dan pembuangan air blowdown.
• Hasil pengujian kualitas air.
• Kebutuhan bahan kimia dan sistem water treatment.
• Kapasitas drainase.
• Kemungkinan menggunakan air kondensat atau sumber air alternatif.
• Dampak konsumsi air terhadap target efisiensi gedung.

Di lokasi dengan pasokan air terbatas atau biaya air tinggi, air-cooled chiller dapat menjadi pilihan yang lebih masuk akal meskipun konsumsi listriknya lebih besar.

Sesuaikan dengan Kemampuan Perawatan

Air-cooled chiller memiliki konfigurasi yang lebih sederhana karena tidak menggunakan cooling tower dan sirkuit condenser water. Perawatan utamanya mencakup pemeriksaan refrigeran, kompresor, condenser fan, panel kontrol, dan pembersihan coil.

Coil yang kotor atau aliran udara yang terhambat dapat menaikkan temperatur kondensasi dan konsumsi listrik. Debu, polusi, daun, dan benda asing juga perlu diperhatikan, terutama jika unit dipasang di atap atau lingkungan industri.

Pada water-cooled chiller, tim perawatan harus menangani lebih banyak komponen. Air yang menguap dari cooling tower meninggalkan mineral terlarut yang dapat membentuk kerak pada condenser tube dan menurunkan perpindahan panas.

Sistem ini juga membutuhkan pengendalian korosi, sedimentasi, pertumbuhan mikroorganisme, blowdown, serta pemeriksaan cooling tower dan pompa. Tanpa program pengolahan air yang konsisten, keunggulan efisiensi water-cooled dapat berkurang seiring menurunnya kondisi heat exchanger.

Water-cooled sebaiknya tidak dipilih hanya karena angka efisiensinya lebih tinggi apabila gedung tidak memiliki tenaga operasional, anggaran perawatan, dan sistem pencatatan yang memadai.

Pertimbangkan Ruang dan Kondisi Tapak

Air-cooled chiller biasanya mengurangi kebutuhan plant room dan jaringan condenser water. Namun, unit tetap membutuhkan area luar yang cukup luas, akses servis, kapasitas struktur yang memadai, dan ruang bebas di sekitar coil.

Penempatan yang terlalu dekat dengan dinding, pagar, atap tambahan, atau unit lain dapat menyebabkan udara panas yang sudah dibuang masuk kembali ke condenser coil. Kondisi ini disebut air recirculation dan dapat menurunkan kapasitas sekaligus meningkatkan konsumsi listrik.

Karena itu, air-cooled chiller tidak boleh sekadar ditempatkan di area kosong yang tersedia. Arah aliran udara, jarak antarunit, kondisi angin, jalur pembuangan udara panas, dan rekomendasi clearance dari produsen harus diperiksa sejak tahap desain.

Water-cooled chiller dapat ditempatkan di dalam plant room, tetapi tetap memerlukan cooling tower di atap atau area luar. Sistem ini juga membutuhkan ruang untuk pompa, pipa, sistem pengolahan air, panel kontrol, drainase, serta akses untuk membersihkan atau mengganti tube.

Pada proyek retrofit, pertimbangkan akses pengangkutan unit, kemampuan struktur menahan beban, ukuran pintu dan lorong, posisi shaft, serta kemungkinan pekerjaan bongkar bangunan. Faktor-faktor tersebut terkadang lebih menentukan daripada selisih efisiensi antarchiller.

Jangan Abaikan Kebisingan dan Getaran

Air-cooled chiller menghasilkan suara dari kompresor dan condenser fan. Karena membutuhkan aliran udara terbuka, unit biasanya tidak dapat ditutup sepenuhnya hanya untuk mengurangi kebisingan.

Untuk proyek yang berdekatan dengan hunian, kamar hotel, ruang pasien, sekolah, atau batas lahan, periksa data sound power dan spektrum suara pada beberapa frekuensi. Jangan hanya melihat satu angka sound pressure tanpa mengetahui jarak dan kondisi pengukurannya.

Penggunaan low-speed fan, variable-speed fan, compressor blanket, vibration isolator, dan acoustic barrier dapat membantu mengurangi gangguan. Namun, barrier yang dipasang tanpa perhitungan dapat menghambat aliran udara dan meningkatkan recirculation.

Water-cooled chiller dapat ditempatkan di plant room sehingga suara unit lebih mudah dikendalikan. Meski demikian, cooling tower, fan, pompa, pipa, dan getaran struktur tetap dapat menimbulkan gangguan.

Studi akustik dan perencanaan vibration isolation sebaiknya dilakukan sebelum posisi peralatan ditetapkan, bukan setelah muncul keluhan dari penghuni gedung.

Bandingkan Biaya Siklus Hidup

Harga pembelian hanya menjadi salah satu komponen biaya. Perbandingan air-cooled dan water-cooled perlu mencakup seluruh biaya selama sistem digunakan.

Komponen biaya yang sebaiknya dihitung meliputi:

• Harga unit chiller.
• Pekerjaan instalasi dan perpipaan.
• Cooling tower dan pompa tambahan.
• Konsumsi listrik tahunan.
• Konsumsi air dan biaya pembuangannya.
• Bahan kimia untuk pengolahan air.
• Pembersihan coil, tube, dan cooling tower.
• Suku cadang dan tenaga perawatan.
• Acoustic treatment dan vibration isolation.
• Nilai ruang gedung atau area atap yang digunakan.
• Biaya penggantian atau peremajaan peralatan.
• Risiko gangguan operasional dan waktu henti.

Air-cooled biasanya lebih unggul dari sisi kesederhanaan dan biaya awal. Water-cooled berpotensi lebih unggul dalam biaya energi jangka panjang, terutama ketika beban besar dan jam operasinya tinggi.

Tidak ada kesimpulan yang berlaku untuk semua gedung. Pilihan terbaik adalah sistem dengan total biaya paling sesuai yang tetap memenuhi kebutuhan kapasitas, keandalan, kenyamanan, dan kemampuan operasional pemilik gedung.

Kesalahan yang Sering Terjadi Saat Memilih Chiller

Kesalahan pertama adalah memilih berdasarkan kapasitas nominal tanpa menyusun profil beban harian dan tahunan. Akibatnya, unit dapat terlalu besar dan lebih sering bekerja pada kondisi yang tidak efisien.

Kesalahan kedua adalah membandingkan COP atau kW/TR dari kondisi pengujian yang berbeda. Air-cooled dan water-cooled harus dibandingkan menggunakan temperatur, beban, dan batas sistem yang setara.

Kesalahan ketiga adalah mengabaikan energi peralatan pendukung. Water-cooled chiller yang efisien belum tentu menghasilkan plant yang efisien apabila pompa dan cooling tower fan dipilih atau dikendalikan dengan buruk.

Kesalahan lainnya adalah tidak memasukkan biaya air, bahan kimia, perawatan, dan tenaga operator ke dalam perhitungan. Hal ini dapat membuat proyeksi penghematan water-cooled terlihat lebih besar daripada kondisi sebenarnya.

Penempatan unit juga sering ditentukan terlalu akhir. Padahal, keterbatasan airflow, kebisingan, akses servis, kapasitas struktur, dan ruang pipa dapat mengubah kelayakan sistem secara keseluruhan.

Cara Menentukan Pilihan untuk Gedung Anda

Air-cooled chiller cenderung lebih sesuai apabila gedung memiliki beban kecil hingga menengah, jam operasi terbatas, pasokan air terbatas, ruang plant room sempit, atau tidak memiliki tim khusus untuk mengelola cooling tower dan water treatment.

Water-cooled chiller semakin menarik ketika gedung memiliki beban besar dan relatif stabil, beroperasi dalam waktu lama, memiliki pasokan air yang memadai, serta mampu menjalankan program perawatan yang lebih kompleks.

Sebelum mengambil keputusan, lakukan perhitungan beban pendinginan, susun profil beban tahunan, bandingkan performa pada beban parsial, hitung konsumsi energi seluruh plant, buat water balance, periksa ruang dan kondisi tapak, lalu susun analisis biaya siklus hidup.

Perencanaan juga perlu mencakup strategi redundansi, kemudahan perawatan, akses penggantian peralatan, sistem kontrol, pengujian, commissioning, dan pemantauan kinerja setelah gedung beroperasi.

Dalam proyek gedung komersial maupun industri, pemilihan chiller sebaiknya dilakukan bersama konsultan atau kontraktor MEP sejak tahap perencanaan. PT Kumala Kencana Kreasindo dapat membantu mengevaluasi kebutuhan HVAC dan kondisi bangunan, kemudian menangani instalasi, pengujian, serta kesiapan operasional sistem. Dengan proses tersebut, pilihan chiller dapat disesuaikan dengan kebutuhan pendinginan, efisiensi, dan keandalan gedung dalam jangka panjang.

Kesimpulan

Air-cooled chiller menawarkan instalasi dan perawatan yang lebih sederhana, sedangkan water-cooled chiller umumnya memiliki efisiensi energi yang lebih baik. Pilihan yang tepat tidak dapat ditentukan hanya dari satu angka COP, kapasitas gedung, atau harga pembelian.

Keputusan perlu mempertimbangkan profil beban, jam operasi, konsumsi energi seluruh plant, ketersediaan air, kemampuan perawatan, ruang, kebisingan, dan biaya selama masa penggunaan. Dengan analisis tersebut, pemilik gedung dapat memilih sistem yang paling realistis untuk kebutuhan teknis dan operasionalnya.

Referensi

• SNI 6390:2020 Konservasi Energi Sistem Tata Udara pada Bangunan Gedung
• SNI 6390:2020 dan Kondisi Desain Sistem Tata Udara
• FEMP Purchasing Energy-Efficient Electric Chillers
• FEMP Estimating End-Use Water Consumption
• AHRI Liquid Chillers
• ASHRAE Installation Precautions for Air-Cooled Condensing Units
• ASHRAE Handbook: Noise and Vibration Control