Sistem Ventilasi dan Pendinginan Udara untuk Sistem Kereta Bawah Tanah

Oleh: Agus S. Pamitran

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