Kekal Dingin Tanpa Bahan Penyejuk

Suhu udara persekitaran yang semakin meningkat menyebabkan penggunaan alat penyaman udara menjadi satu keperluan untuk menghasilkan keadaan yang selesa dalam sesebuah ruang. Hampir semua alat penyaman udara yang digunakan di rumah menggunakan sistem refrigerasi mampatan wap. Secara umumnya, kesan penyejukan dalam kitaran sistem refrigerasi mampatan wap menggunakan bahan penyejuk sintetik. Selain berfungsi untuk menghasilkan kesan penyejukan, bahan penyejuk yang terbebas ke atmosfera akan mengakibatkan penipisan lapisan ozon dan pemanasan global.

Penipisan lapisan ozon disebabkan oleh unsur radikal yang terdapat di dalam bahan penyejuk. Masalah ini hampir berjaya diatasi dengan tindakan bersepadu pelbagai sektor untuk mengurangkan kadar pelepasan bahan pemusnah ozon ke dalam atmosfera. Klorofluorokarbon dan hidroklorofluorokarbon merupakan bahan penyejuk yang mengandungi atom klorin yang boleh memusnahkan molekul ozon. Sebagai contohnya, bahan penyejuk klorofluorokarbon ialah R-12 manakala R-22 tergolong dalam kategori hidroklorofluorokarbon.

Pemanasan global berlaku kerana kewujudan gas rumah hijau secara berlebihan di dalam atmosfera. Sebahagian daripada gas rumah hijau ini disumbangkan oleh bahan penyejuk yang terbebas ke atmosfera. Sebagai contohnya, bahan penyejuk R134a dalam kategori hidrofluorokarbon mempunyai pekali potensi pemanasan global sebanyak 1300.

Oleh sebab penggunaan bahan penyejuk berpotensi untuk menyebabkan kesan buruk terhadap alam sekitar, bolehkah kita kekal dingin tanpa menggunakan bahan penyejuk? Umumnya, terdapat beberapa teknik yang boleh digunakan untuk menghasilkan kesan penyejukan. Antara teknik tersebut termasuklah sistem penyejukan termoakustik, sistem penyejukan tiub vorteks dan sistem penyejukan sinaran.

1. Sistem Penyejukan Termoakustik

Gelombang bunyi bergerak melalui udara dengan memampatkan dan mengembangkan gas di sekitarnya. Gas yang termampat akan menghasilkan suhu tinggi, manakala gas yang mengembang akan menghasilkan suhu rendah. Prinsip ini digunakan untuk menghasilkan kesan penyejukan melalui kaedah termoakustik.

Sistem penyejukan termoakustik terdiri daripada pembesar suara, alat penukar haba, penjana semula dan tiub resonator yang mengandungi udara atau gas. Pembesar suara menghasilkan gelombang bunyi setelah menerima isyarat pada frekuensi yang tetap daripada penjana isyarat. Panjang gelombang bunyi ditentukan oleh frekuensi isyarat yang diterima oleh pembesar suara dan jenis gas yang berada di dalam tiub resonator. Pada kebiasaannya, panjang tiub resonator ini adalah bersamaan dengan separuh atau satu gelombang yang lengkap. Penjana semula kebanyakannya diperbuat daripada kuprum atau kertas dan berfungsi untuk mengasingkan bahagian sejuk dan panas pada alat penukar haba. Kesan penyejukan diperolehi daripada bahagian sejuk pada alat penukar haba.

Sebuah prototaip sistem penyejukan termoakustik yang telah dibina di Universiti Kuala Lumpur. Kesan penyejukan dengan suhu beberapa darjah Celsius di bawah suhu persekitaran telah dihasilkan oleh prototaip ini. Dua unit alat penukar haba yang diperbuat daripada kepingan kuprum digunakan untuk melengkapkan sebuah prototaip sistem penyejukan termoakustik.

2. Sistem Penyejukan Tiub Vorteks
Sistem penyejukan tiub vorteks menggunakan udara pada tekanan tinggi untuk menghasilkan kesan penyejukan. Tiub vorteks mempunyai tiga bukaan, iaitu tempat masuk udara bertekanan tinggi, tempat keluar udara sejuk dan tempat keluar udara panas. Udara bertekanan tinggi akan mengalir masuk ke dalam tiub penjana vorteks. Di dalam tiub ini, vorteks yang terhasil boleh berputar dengan kelajuan sehingga satu juta putaran seminit. Ini menjadikan udara panas akan tertolak ke bahagian dinding tiub. Udara sejuk pula kekal berada di bahagian tengah tiub. Ini membolehkan udara panas dan sejuk keluar melalui hujung tiub yang bertentangan. Perbezaan suhu udara panas dan sejuk boleh melebihi 50 °C.

Teknik penyejukan ini sesuai digunakan apabila sumber udara pada tekanan tinggi mudah didapati. Udara sejuk yang dihasilkan sesuai untuk digunakan dalam sistem penyejukan alat pemotong dan menyejukkan makanan yang bergerak di atas konveyor.

3. Sistem penyejukan sinaran
Sistem penyejukan sinaran bergantung kepada pemindahan haba secara sinaran daripada objek panas kepada persekitarannya yang sejuk. Objek ini perlu terdedah kepada persekitarannya yang sejuk, tanpa ada pelindung. Pemindahan haba melalui sinaran meningkat dengan mendadak jika perbezaan suhu semakin besar.

Kereta yang diletakkan di kawasan yang tidak berbumbung pada waktu malam mungkin akan mempunyai titisan-titisan air pada sebelah pagi. Namun, perkara ini hanya berlaku pada hari-hari tertentu. Titisan air ini akan terbentuk pada permukaan yang mempunyai suhu yang lebih rendah daripada takat embun udara persekitaran. Oleh itu, permukaan kereta mestilah berada pada suhu yang lebih rendah daripada suhu udara persekitaran. Bagaimanakah fenomena ini boleh berlaku?

Jika pada malam sebelumnya langit dilitupi awan, besar kemungkinan tiada titisan air yang akan terbentuk pada permukaan kereta pada keesokan paginya. Awan akan menghalang permukaan kereta daripada terdedah kepada suhu langit yang rendah. Ini menyebabkan suhu permukaan kereta lebih tinggi daripada takat embun udara persekitaran. Oleh itu, tiada titisan air yang akan terbentuk pada permukaan kereta.

Bolehkah sistem penyejukan sinaran ini digunakan untuk menyejukkan struktur bangunan? Pengiraan secara ringkas menunjukkan kesan penyejukan sebanyak 160 W akan dihasilkan untuk setiap meter persegi permukaan bersuhu 30°C yang terdedah kepada langit pada suhu 0°C. Jika kuasa penyejukan ini dihasilkan untuk tempoh enam jam, jumlah kesan penyejukan yang boleh disimpan di dalam tangki simpanan tenaga adalah lebih kurang 3456 kiloJoule. Ini boleh menggantikan sistem penyaman udara dengan kapasiti satu kuasa kuda untuk tempoh 30 minit.

Teknik penyejukan tanpa menggunakan bahan penyejuk boleh digunakan untuk menggantikan penggunaan sistem refrigerasi mampatan wap. Namun, kecekapan sistem penyejukan ini masih perlu diperbaiki untuk memastikan prestasinya setanding dengan sistem refrigerasi mampatan wap. Selain itu, kebolehpercayaan sistem penyejukan ini juga perlu ditingkatkan untuk memastikan kesan penyejukan dihasilkan mengikut keperluan sesebuah ruang atau bilik. Untuk peringkat permulaan, gabungan dua sistem penyejukan mungkin boleh digunakan sebelum sistem refrigerasi mampatan wap digantikan sepenuhnya. Strategi ini akan membantu mengurangkan kebergantungan terhadap sistem refrigerasi mampatan wap tanpa mewujudkan risiko kegagalan menghasilkan kesan penyejukan yang diperlukan.