مقدمه‌ای بر سیستم VRF

امروزه، صرفه جویی در مصرف انرژی از اولویت‌های اصلی همه کشورهای دنیا محسوب می‌شود. افراد، سازمان‌ها و دولت‌ها در صدد تلاش در جهت کاهش مصرف انرژی در سطوح پایدارتر هستند. تابستان و زمستان هر کدام دردسرهای خاص خود را از لحاظ سرمایش و گرمایش دارند. از یک طرف از ابتدای تابستان باید برای مرمت و راه‌اندازی سیستم‌های خنک کننده اقدام کنیم. از سویی در زمستان باید مقدمات راه‌اندازی لوازم گرمایشی را فراهم آوریم که هر کدام سختی و هزینه‌های خاص خود را دارند. اما طی سال‌های اخیر سیستم‌های جدیدی تولید و وارد بازار شده‌اند که با کمترین میزان دردسر در خانه، محل کار و… را در فصول گرم سال، خنک و در فصل سرد سال گرم می‌کنند. یکی از این سیستم‌ها، سیستم VRF یا Variable Refrigerant Flow به معنای جریان متغیر مبرد می‌باشند.

تاریخچه سیستم VRF

محصولات تهویه مطبوع بدون کانال‌، که پیشگام مولتی اسپیلیت و VRF محسوب می‌شوند، اولین بار در دهۀ ۱۹۵۰ در ژاپن به صورت سیستم‌های اسپیلیت با واحدهای داخلی و واحدهای خارجی مجزا عرضه شدند. این محصولات بدون کانال به عنوان جایگزین‌های کارآمدتر و کم صداتر واحدهای پنجره‌ای طراحی شدند.

این واحدها که به نام سیستم‌های مینی اسپیلیت هم شناخته می‌شوند، از محصولات قدیمی‌تر که از مبردR-22  استفاده می‌کردند به محصولات با مبرد R-407C و محصولات فعلی با مبرد R-410A تکامل یافته اند. برای آگاهی از تفاوت گازهای ۲۲ و ۴۱۰ می‌توانید این مقاله را مطالعه کنید.

پیشرفتی که صورت گرفت این بود که سیستم‌های مینی اسپیلیت (یک واحد داخلی متصل به یک واحد خارجی) به محصولات مولتی اسپیلیت تبدیل شدند به طوری که تعداد واحدهای داخلی متصل به یک واحد خارجی در اواخر دهه ۱۹۸۰ به ۴ تا ۸، در اوایل دهه ۱۹۹۰ به ۱۶ واحد، در سال ۱۹۹۹ به ۳۲ واحد و در حال حاضر به ۶۴ واحد افزایش یافته است.

طراحی سیستمهای VRF  به نحوی است که به عنوان جایگزین سیستم‌هایی از قبیل چیلرها نیز به کار می‌روند. در ایالات متحده میزان فروش کلی محصولات بدون کانال، مولتی اسپیلیت و VRF در سال ۲۰۰۷ حدوداً ۲۵۰۰۰۰ واحد بود. اما میزان فروش در ژاپن (جایی که ایده VRF شکل گرفت) و سایر قسمتهای آسیا بالاتر بوده است. در اروپا که بسیاری از ساختمانهای موجود فاقد تهویه مطبوع هستند، موقعیتهای بهسازی نیز تقاضای بالایی را برای این محصولات ایجاد کرده است.

محصولات بدون کانال در اوایل دهه ۱۹۸۰ به بازار ایالات متحده وارد شدند اما نفوذ آنها در بازار بسیار کم بود که علت آن عدم پشتیبانی سازندگان ژاپنی و ناآشنایی با این فنّاوری بود. در آن زمان موضوع تحلیل لایه ازن نگرانی های زیادی ایجاد کرده بود و مسئله شارژ بالای مبرد سیستم‌های مولتی اسپیلیت احتمالاً یک جنبه منفی برای این سیستم‌ها به شمار می آمد.

اما از آن زمان، پیشرفت‌هایی که در زمینه مبردها، مدیریت شارژ مبرد، کنترل‌ها، و فناوری معکوس‌گر صورت گرفته‌اند، باعث شده‌است که این سیستم‌ها تحول پیدا کنند. سازندگان آسیایی طی چند سال گذشته به طور مستقل یا با مشارکت سازندگان آمریکایی، مجدداً به بازار ایالات متحده وارد شده‌اند تا به ترویج این فناوری کمک کنند. در سال ۲۰۰۷ حدوداً ۱۰۰۰۰ سیستم VRF در ایالات متحده به فروش رسید.

یکی از بارزترین علائم پذیرش بازار فناوری VRF این است که در بازسازی ساختمان دفتر مرکزی ASHRAE در آتلانتا از فناوری VRF مولتی اسپیلیت شامل پمپ‌های گرمایی زون بندی شده با محرک معکوس‌گر سیستم بازیاب حرارت استفاده شده است.

معرفی سیستم‌ VRF

سیستم های VRF یا Variable Refrigerant Flow به معنای جریان متغیر مبرد، نسل پیشرفته‌ای از سیستم‌های مولتی اسپیلیت بدون کانال و یکی از کار آمدترین سیستم‌های تهویه مطبوع مدرن هستند. که اجازه می‌دهند واحدهای داخلی بیشتری به هر واحد خارجی متصل شوند.

سیستم‌های VRF امکان گرمایش و سرمایش همزمان و همچنین بازیابی گرما برای کاهش مصرف انرژی را فراهم می‌کنند. ارائه گرمایش و سرمایش توسط یک سیستم کاملا یکپارچه، با سیستم کنترل واحد، عدم نیاز به موتورخانه و تکنیسین نگهدار و همچنین مصرف برق اندک و ضریب عملکرد (COP) بالای دستگاه برخی از مزیت‌های شاخص این نوع سیستم‌ها است.

همچنین از دیگر مزایای این سیستم می‌توان به امکان لوله‌کشی در فواصل زیاد، امکان نصب در پروژه‌های مرتفع، امکان نصب واحد‌های درونی از نوع‌های مختلف، کنترلر مرکزی و بهره‌گیری از مبرد R410a که دوستدار محیط ‌زیست است و همچنین عدم نیاز به مصرف آب اشاره کرد.

بکارگیری تکنولوژی کمپرسور اینورتر در این سیستم‌ها موجب داشتن بالاترین بازدهی انرژی و مصرف برق کمتری نسبت به کولرهای گازی متداول به میزان ٧۰% می‌باشد. نسبت SEER(ضریب انرژی فصلی) این محصول، اینورتر را به تنها دستگاه تبرید تهویه هوا در جهان با بیشترین بازدهی انرژی تبدیل کرده است.

یکی از ویژگی‌های برجسته اینورترهای جدید، توانایی آن در خنک نمودن سریع فضا می‌باشد. سیستم کنترل فشار که در تکنولوژی VRF به کار رفته است، به طور موثری زمان مورد نیاز برای رسیدن به دمای دلخواه را به میزان ۳۰% در مقایسه با مدل‌های متداول و قبلی، کاهش می‌دهد.

سیستم های VRF به نسبت سبکتر می‌باشند و دیگر نیازی به استفاده از تکنیک‌های مستحکم سازی سقف نمی‌باشد. علاوه بر این، سیستم لوله کشی جدید نیز مقرون به صرفه‌تر است. زیرا در سیستم VRF فضای بیشتری از طریق یک لوله واحد پوشش داده می‌شود. این سیستم موجب کاهش هزینه‌ها در ساختمان‌ها و آپارتمان‌های بزرگ می‌شود.

انواع سیستم‌ VRF

سیستم VRF ، نوعی از سیستم تهویه مطبوع DX است که شامل یک یونیت خارجی (مجموعه کمپرسور و کندانسور) در فضای باز و چندین یونیت داخلی (اواپراتور) با ظرفیت های مختلف در داخل فضا های قابل تهویه می باشد.

این سیستم توانایی انتقال وکنترل مقدار مبرد جهت ایجاد برودت مورد نیاز در فضاهای داخلی ساختمان را بنا به نیاز تعریف شده دارد. کنترل هوشمند در سیستم VRF (که در ادامه مطالب بطور مفصل به آن پرداخته میشود)، آن را از سایر سیستمهای تهویه مطبوع مرسوم در بازار متمایزمی‌کند.

انواع سیستم های VRF در یک طبقه بندی کلی عبارتند از:

  • سیستم Heat Pump
  • سیستم Heat Recovery

۱. سیستم VRّF Heat Pump – دو لوله‌ای

سیستم‌های گرمای پمپ VRF به طور معمول به عنوان ۲ لوله‌ای شناخته می‌شود. که اجازه گرمایش یا خنک کننده در تمام واحدهای داخلی را می‌دهد. اما به طور همزمان گرمایش و خنک کننده نیست. هنگامی که واحدهای داخلی در حالت خنک کننده قرار می‌گیرند، به عنوان عامل عمل می‌کنند. هنگامی که در حالت گرمایشی هستند، به عنوان خازن‌ها عمل می‌کنند. سیستم‌های پمپ گرمایی VRF به طور موثر در مناطق باز، فروشگاه‌های خرده فروشی و دفاتر کنار هم و یا همانطور که در شکل می‌بینید هر منطقه دیگری که نیاز به خنک سازی یا حرارت دادن در طول دوره های مشابه عملیاتی دارند، استفاده می شود.

 

۲. سیستم VRّF Heat Recovery سرمایش و گرمایش همزمان – سه لوله‌ای

سیستم جریان متغیر با قابلیت بازیابی گرما (VRF-HR) می‌تواند به طور همزمان در حالت گرمایش و سرمایش عمل کند و گرمای تولید شده در سیکل را مجددا استفاده نماید. هر یونیت داخلی از ۳ لوله با استفاده از جعبه‌ی اصلی که شامل یک سری از خروجی‌ها است جدا می‌شود بطوریکه یک یونیت داخلی که نیاز سرمایشی دارد، خط مایع و دریچه‌های مکش را باز می‌کند و به عنوان یک تبخیر کننده عمل نموده و یک یونیت داخلی که نیاز گرمایشی دارد. دریچه‌های گاز داغ و مایع را باز می‌کند و به عنوان یک کندانسور عمل می‌کند. این اقدام متعادل می‌تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی شود. سیستم های Heat Recovery به طور موثر در مناطق برنامه ریزی باز، فروشگاه‌های خرده فروشی، ادارات و هر منطقه دیگری که نیاز به خنک سازی و حرارت دادن همزمان دارند، استفاده می‌شود.

برخی از مزایای سیستم VRF

۱ – کارایی مناسب و راندمان بالا با در نظر گرفتن نوسان بسیار نامنظم برق ۲- به کار بردن مبردی مناسب و سازگار با محیط زیست ، به ویژه سازگار با لایه اوزن به نام R410a، در نتیجه استفاده از آن هیچگونه محدودیت زمانی ندارد ۳- صرفه جویی در زمان و هزینه های بهره برداری و قیمت پایین تجهیزات اولیه : عدم نیاز به تجهیزات جانبی مانند کانال هوا و ملحقات آن، عدم نیاز به آب و مدار آب خنک ، در نتیجه عدم نیاز به لوله کشی فولادی آب ، دستگاه های انتقال آب مانند پمپ ، انواع کنترل و مدار لوله کشی ۴- تنوع در یونیتهای داخلی و خارجی امکان جانمایی دستگاهها در فضاهای مختلف با داشتن تنوع وسیعی از مدلهای یونیت داخلی، امکان استفاده از دستگاه در فضاهای با معماری های متنوع را فراهم می کند و نیز درمورد دستگاههای یونیت خارجی امکان نصب در ارتفاع بالاتر و پایین تر از یونیت داخلی و همچنین امکان اتصال ۶۴ یونیت داخلی به یک یونیت خارجی  وجود دارد ۵- قابلیت طراحی سیستم لوله کشی واحد و در فواصل بلند تر با سطح ارتفاع مختلف  ۶- قابلیت شارژ گاز اتوماتیک ۷-  حالت های مختلف کارکردی ۸- کارکرد پیوسته از ۲۰- تا ۵۲+ درجه سانتیگراد برای سرمایش ، مناسب برای مناطق استوایی و گرمسیری ؛ تا ۱۵- درجه سانتیگراد برای گرمایش ۹-  مجهز به کمپرسور با تکنولوژی اینورتر ۱۰- سطح صدای بسیار پایین به جهت نحوه عملکرد کمپرسور و نوع فنهای کندانسور بکار رفته ۱۱-  مرکز کنترل الکترونیکی پیشرفته :

  • کنترلی دقیق بر دمای هوای فضا های مختلف به طور مستقل
  • استقلال هر فضا از نقطه نظر استقلال کارکرد و بهره برداری

۱۲- قابلیت کنترل هوشمند(WIFI Controller) 13- قابلیت ترکیب تا ۴ دستگاه، به منظور رسیدن به ظرفیت های بالاتر

برخی از کاربردهای سیستم VRF

۱- آپارتمان‌های مسکونی (از واحدهای کوچک گرفته تا ساختمان‌های چند ده طبقه).

۲- ساختمان‌های اداری (تمامی فضاها مانند اتاق‌های اداری، اتاق انتظار، سالن کنفرانس و…که متناسب با نیاز، مقدار تهویه هر قسمت قابل کنترل و تغییر است).

۳- مدارس و دانشگاه‌ها (کلاس‌های درس، کتاب‌خانه‌ها، سلف، راهرو‌هاو…).

۴- بیمارستان‌ها (کنترل مقدارهوای ورودی به بخش‌های مختلف، تنظیم کیفیت هوا، تنظیم دقیق رطوبت هوا، ورودی به میزان دلخواه، توانایی کارکرد ۲۴ ساعته در ۷ روز هفته).

۵- مرکز نگهداری افرار مانند خانه سالمندان و…

۶- سوپر مارکت‌ها و مراکز خرید بزرگ و کوچک (انجام عملیات خنک‌کاری، ویژه بخش‌های حساس، تامین بیشتر هوا در محوطه جلویی).

۷- هتل‌ها (طراحی جداگانه سیستم تهویه مطبوع اتاق‌ها نسبت به آشپزخانه، استخر و…و عدم اشغال فضای اتاق‌ها).

۸- شرکت و کارخانه‌جات تولیدی ورستوران‌ها و…