مولتی اسپیلت VRF 

سیستم تهویه مطبوع مرکزی مولتی اسپیلت VRF

معرفی:

در حوزه گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC)، سیستم جریان مبرد متغیر (VRF) به عنوان شاهدی بر نوآوری و کارایی است. در اینجا به اکتشافی جامع در ماهیت سیستم‌های VRF می‌پردازیم، سیر تکاملی آن‌ها را ردیابی می‌کنیم، سعی در درک مزایا و معایب آن‌ها می‌کنیم، ظرفیت‌های سرمایش و گرمایش را تجزیه و تحلیل کرده، کاربردهای پمپ حرارتی را بررسی می‌کنیم. همچنین در مورد فناوری‌های جدید کاوش کرده و مقایسه‌هایی با سایر سیستم‌های HVAC انجام می‌دهیم. VRF مخفف Variable refrigerant flow یا جریان متغیر مبرد است.

سیستم VRF چیست؟

سیستم VRF یک فناوری پیشرفته HVAC است که امکان تنظیم دقیق جریان مبرد بین یک واحد خارجی و چند واحد داخلی را فراهم می کند. برخلاف سیستم‌های HVAC معمولی که از نرخ جریان مبرد ثابت استفاده می‌کنند، سیستم‌های VRF نرخ جریان متغیری را ارائه می‌کنند که کنترل دقیقی بر میزان مبرد تحویلی به مناطق یا اتاق‌ها می‌دهد. این سازگاری سرمایش و گرمایش همزمان در مناطق مختلف را ممکن می‌سازد، و سیستم‌های VRF را به طور قابل‌توجهی در پاسخگویی به نیازهای حرارتی مختلف همه‌کاره می‌کند. برای درک بهتر این سیستم یک سیستم معمولی اسپیلت را در نظر بگیرید، در حالت معمول باید برای هر فضا یک یونیت خارجی و یک یونیت داخلی در نظر گرفت. اما در سیستم مولتی اسپیلت VRF چندین فضا یا یونیت داخلی توسط یک یونیت خارجی پوشش داده می‌شوند.

تحول و زمینه تاریخی:

ریشه‌های سیستم‌های VRF را می‌توان به اوایل دهه 1980 ردیابی کرد، زمانی که مهندسان پیشگام HVAC در ژاپن ایده تعدیل جریان مبرد را برای دستیابی به صرفه‌جویی در مصرف انرژی و راحتی بیشتر، ایده‌پردازی کردند. در طول سال‌ها، پیشرفت‌ها در فناوری کمپرسور، مبردها و سیستم‌های کنترل، سیستم‌های VRF را از آغاز ساده‌شان به خط مقدم راه‌حل‌های مدرن HVAC سوق داده است. امروزه، سیستم‌های VRF توجه و پذیرش جهانی را به خود جلب کرده‌اند و شیوه‌های خنک‌سازی و گرمایش ساختمان‌ها را متحول کرده‌اند.

مزایای سیستم های VRF:

• بهره وری انرژی: سیستم های VRF مترادف با بهره وری انرژی هستند. این سیستم‌ها با تنظیم دینامیکی جریان مبرد بر اساس تقاضا، اتلاف انرژی را به حداقل می‌رسانند که منجر به صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه عملیاتی و کاهش اثرات زیست‌محیطی می‌شود.

• قابلیت های منطقه بندی: ویژگی بارز فناوری VRF توانایی آن در ایجاد مناطق با تنظیمات راحتی مناسب است. این کنترل سطح میکرو و دقیق، راحتی سرنشین را بهینه می کند و در عین حال مصرف انرژی را تنها با تهویه کردن فضاهایی که به آن نیاز دارند به حداقل می رساند. گرمایش و سرمایش همزمان: سیستم های VRF به طور منحصر به فردی برای ارائه سرمایش و گرمایش همزمان مجهز هستند، شاهکاری که سیستم های HVAC سنتی برای رسیدن به آن تلاش می کنند. این ویژگی به ویژه در ساختمان های بزرگ با نیازهای حرارتی متنوع مفید است.

• انعطاف‌پذیری طراحی: سیستم‌های VRF انعطاف‌پذیری طراحی بی‌نظیری را ارائه می‌دهند و آن‌ها را برای انواع چیدمان‌ها و برنامه‌های ساختمانی مناسب می‌سازد. اندازه جمع و جور واحدهای داخلی و انعطاف پذیری لوله های مبرد نصب و نگهداری را ساده می کند. عملکرد بی صدا: سیستم های VRF اغلب در سطوح صدای پایین تری در مقایسه با سیستم های HVAC سنتی کار می کنند و محیط آرام داخلی را تضمین می کنند که راحتی سرنشینان را افزایش می دهد.

ملاحظات در سیستم های VRF:

• هزینه اولیه: در حالی که سیستم های VRF صرفه جویی طولانی مدت انرژی را ارائه می دهند، هزینه نصب اولیه آنها می تواند بیشتر از سیستم های سنتی باشد. هزینه به تکنولوژی پیشرفته و اجزای مربوطه نسبت داده می شود.

• پیچیدگی نصب و نگهداری: نصب و نگهداری سیستم های VRF به دلیل پیچیدگی لوله کشی مبرد و نیاز به آموزش تخصصی می تواند پیچیده تر از سیستم های سنتی باشد.

• مدیریت مبرد: سیستم های VRF بر مبردهای خاصی متکی هستند که برای اطمینان از عملکرد بهینه و انطباق با مقررات زیست محیطی نیاز به مدیریت دقیق دارند. نشت مبرد می تواند نگرانی های زیست محیطی و ایمنی ایجاد کند.
• مدیریت درست میزان مبرد در یک سیستم VRF بسیار حیاتی است. نشت مبرد یا مشکلات در مدیریت میزان مبرد ممکن است به مشکلات عملکردی منجر شود.

کاربرد پمپ حرارتی:

یکی از ویژگی های کلیدی سیستم های VRF ادغام آنها با فناوری پمپ حرارتی است. این عملکرد آنها را قادر می سازد تا با استفاده از تجهیزات یکسان، سرمایش و گرمایش را هم تامین کنند. در حالت خنک کننده، پمپ حرارتی گرما را از فضاهای داخلی جذب کرده و به بیرون دفع می کند. در حالت گرمایش، فرآیند معکوس می شود و پمپ حرارتی گرما را از محیط بیرونی خارج کرده و به داخل خانه منتقل می کند. این کاربرد پمپ حرارتی راحتی را در تمام طول سال برای سرنشینان تضمین می کند.

فناوری های جدید که آینده سیستم های VRF را شکل می دهند

همانطور که فناوری HVAC به تکامل خود ادامه می دهد، نوآوری های جدید آینده سیستم های VRF را شکل می دهند:

• کنترل های پیشرفته: سیستم های VRF شامل سیستم های کنترل هوشمند و تطبیقی هستند که نظارت و مدیریت محیط های داخلی را افزایش می دهند. این کنترل ها عملکرد را بهینه می کنند، مصرف انرژی را کاهش می دهند و راحتی سرنشینان را بالا می برند.

• افزایش بهره وری: ترکیب فن آوری پیشرفته کمپرسور، قابلیت های بازیابی گرما، و چرخه های مبرد بهینه برای افزایش بیشتر بهره وری انرژی سیستم های VRF.

• مبردهای سازگار با محیط زیست: تلاش های تحقیق و توسعه بر توسعه مبردهای سازگار با محیط زیست با کاهش پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) و به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی متمرکز است.

• یکپارچه سازی با اتوماسیون ساختمان: سیستم های VRF به طور فزاینده ای با سیستم های اتوماسیون ساختمان ادغام می شوند و امکان کنترل متمرکز، تجزیه و تحلیل داده ها و نگهداری پیش بینی را فراهم می کنند.

مبردهای مورد استفاده در مولتی اسپیلت ها:

مبردهایی که در سیستم‌های VRF (Variable Refrigerant Flow) استفاده می‌شوند، از اهمیت بسیاری برخوردار هستند. این مبردها نقش اساسی در انتقال حرارت و ایجاد تأثیرات گرمایش و سرمایش دارند. در ادامه، به برخی از مهم‌ترین مبردهای استفاده شده در این سیستم‌ها اشاره می‌کنیم:

• R-410A (Puron)

این مبرد از جمله مبردهای پرکاربرد در سیستم‌های VRF است. R-410A دارای GWP (Global Warming Potential) پایین‌تری نسبت به بسیاری از مبردهای قدیمی است، به عنوان مثال R-22. این انتخاب به عنوان یک مبرد آلترناتیو برای حفظ محیط زیست مطرح شده است.

•  R-32

R-32یکی دیگر از مبردهای مورد استفاده در سیستم‌های VRF است. این مبرد جزو مبردهای با GWP پایین محسوب می‌شود و به عنوان یک گزینه دوستانه به محیط زیست در نظر گرفته می‌شود. R-32 عمدتاً در سیستم‌های VRF با ظرفیت‌های کوچک تا متوسط استفاده می‌شود.

• R-134a

این مبرد در سیستم‌های VRF کوچک‌تر به‌کار می‌رود. این مبرد دارای GWP بالاتری نسبت به R-410A و R-32 است و معمولاً در سیستم‌های تجاری کوچکتر و رزیدانسی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• R-410A با اضافه‌کردن R-32

بعضی از تولیدکنندگان سیستم‌های VRF از مخلوطی از R-410A و R-32 برای بهبود عملکرد و بهینه‌سازی مصرف انرژی استفاده می‌کنند. این ترکیبات می‌توانند به کاهش GWP و افزایش کارایی سیستم‌ها کمک کنند. استفاده از مبردهای مناسب و با در نظر گرفتن معیارهای محیطی مهم در طراحی و اجرای سیستم‌های VRF به عملکرد بهینه و حفظ محیط زیست کمک می‌کند. انتخاب مبرد مناسب باید با توجه به نیازهای گرمایش و سرمایش سیستم و محیط زیست محل نصب سیستم انجام شود.

انواع سیستم‌های تهویه مطبوع:

سیستم‌های تهویه مطبوع را از چند دیدگاه می‌توان تقسیم بندی کرد. از یک دیدگاه می‌توان این سیستم‌ها را به دو دوسته بزرگ زیر تقسم کرد:

• سیستم‌های تهویه مطبوع مرکزی
• سیستم‌های تهویه مطبوع غیر مرکزی یا متمرکز

یک سیستم تهویه مطبوع مرکزی وظیفه سرمایش، گرمایش، هوارسانی و ... را در کل یک ساختمان (همه فضاها) به عهده دارد. اما در یک سیستم غیر مرکزی یا متمرکز، تهویه مطبوع هر فضا توسط دستگاهی مجزا و بدون توجه به سایر فضاها انجام می‌شود. سیستم تهویه مطبوع مرکزی مولتی اسپیلت یک سیستم مرکزی است.

سیستم VRF مانند اسپیلت معمولی و چیلرهای تراکمی هواخنک براساس یک سیکل تبرید تراکمی هوایی کار می‌کند، یک سیکل ساده سرمایش تراکمی از 4 جز اصلی تشکیل شده است:

• کمپرسور
• کندانسور
• اواپراتور
• شیر انبساطی

اساس کار این سیستم ها شبیه هم است. اما با توجه برخی تفاوت هایی که در تکنولوژی، عملکرد و جانمایی هریک از اجزای این سیکل در سیستم های مختلف وجود دارد، عملکرد این سیستم ها و راندمان آن ها با یکدیگر تفاوت دارد. در ادامه بحث این تفاوت ها را بررسی می کنیم.

مقایسه سیستم تهویه مطبوع مرکزی مولتی اسپیلت VRF با سیستم های دیگر:

کمپرسور و کندانسور همیشه در یونیت خارجی قرار می‌گیرند اما بر خلاف سیستم‌های اسپیلت عادی در این‌جا چندین اواپراتور و چندین شیر انبساطی در یونیت‌های داخلی وجود دارد. و این خلاف بسیاری از مدل‌های اسپیلت‌های معمولی است که شیر انبساطی نیز در یونیت خارجی قرار دارد. به این ترتیب اتلافات مسیر لوله‌کشی بسیار کم شده و مصرف انرژی بهینه می‌شود.

بنابر این می‌توان گفت سیستم تهویه مطبوع مرکزی مولتی اسپیلت VRF نسبت اسپیلت عادی دارای مزایای زیر است:

• قرارگیری شیر انبساط در یونیت داخلی و حذف تلفات مسیر
• تفاوت در فاز جریان مبرد
• امکان نصب چندین یونیت داخلی به یک یونیت خارجی
• کاهش مصرف انرژی
• افزایش سطح آسایش و کاهش نوسانات دما

دقت کنید که در سیستم تهویه مطبوع مرکزی مولتی اسپیلت VRF سیال واسطه‌ای برای انتقال حرارت به فضای داخل وجود ندارد. یعنی برخلاف چیلرها و هواساز ها که به ترتیب هوا و آب به عنوان سیالاتی واسطه انرژی را منتقل می‌کنند، در این سیستم‌ها حرارت مستقیما از مبرد به محیط داخلی انتقال پیدا می‌کند. این موضوع بهره‌وری انرژی را افزایش می‌دهد.

بنابر این می‌توان به طور خلاصه گفت، این سیستم‌ها نسبت به چیلرها یا هواسازها دارای مزایای زیر هستند:

• حذف سیال واسطه
• ایجاد سرمایش در محل و حذف اتلافات مسیر
• حذف افت فشار مسیر برای آب و در نتیجه کاهش مصرف انرژی
• فضای مورد نیاز بسیار کمتر، بدون نیاز به لوله کشی سایز بالا و داکت.
• راندمان انرژی بالاتر

ظرفیت حرارتی :

ظرفیت های سرمایش و گرمایش سیستم های جریان مبرد متغیر (VRF) بسته به سازنده، مدل و پیکربندی خاص می تواند بسیار متفاوت باشد. سیستم‌های VRF به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بسیار انعطاف‌پذیر و قابل تنظیم برای طیف وسیعی از کاربردها، از محیط‌های مسکونی گرفته تا تجاری و صنعتی هستند. در اینجا چند محدوده کلی از ظرفیت های سرمایش و گرمایش برای سیستم های VRF آورده شده است:

ظرفیت های سرمایشی:

برای کاربردهای مسکونی کوچکتر: ظرفیت خنک کننده می تواند از حدود 9000 BTU (واحد حرارتی بریتانیا) در ساعت در هر واحد داخلی شروع شود.
برای کاربردهای تجاری بزرگتر: ظرفیت های خنک کننده بسته به طراحی ماژولار سیستم و تعداد واحدهای داخلی می تواند تا چند صد هزار BTU در ساعت یا حتی بیشتر افزایش یابد.

ظرفیت های گرمایشی:

ظرفیت های گرمایشی به طور کلی با ظرفیت های سرمایش هماهنگ است. سیستم های VRF می توانند گرمایش را در محدوده ای مشابه با ظرفیت های خنک کننده خود ارائه دهند.
توجه به این نکته مهم است که ظرفیت یک سیستم VRF اغلب بر حسب محدوده بیان می شود تا مقدار ثابت. این به این دلیل است که سیستم‌های VRF می‌توانند با نیازهای خاص مناطق یا اتاق‌های مختلف در یک ساختمان سازگار شوند و نرخ جریان متغیر و کنترل راحتی فردی را امکان‌پذیر می‌سازند.
هنگام انتخاب یک سیستم VRF برای یک برنامه خاص، بسیار مهم است که با متخصصان HVAC یا طراحان سیستم کار کنید که می توانند محاسبات دقیق بار را انجام دهند و اندازه مناسب را بر اساس عواملی مانند اندازه ساختمان، عایق، اشغال و موقعیت جغرافیایی تعیین کنند. اندازه مناسب عملکرد بهینه سیستم، بهره وری انرژی و راحتی سرنشینان را تضمین می کند.

تعداد واحدهای داخلی و خارجی:

تعداد واحدهای داخلی که می توانند به یک واحد خارجی در یک سیستم جریان مبرد متغیر (VRF) متصل شوند، بسته به سازنده، مدل و مشخصات فنی خاص تجهیزات می تواند متفاوت باشد. با این حال، در بیشتر موارد، سیستم های VRF به گونه ای طراحی شده اند که تعداد قابل توجهی از واحدهای داخلی در هر واحد خارجی را در خود جای دهد. وی ار اف ها با مولتی اسپیلت‌هایی با ۴ یونیت داخلی آغاز به کار کرد و با پیشرفته شدن این سیستم تعداد یونیت‌ها به ۸ و سپس ۱۶ یونیت داخلی در اواخر دهه ۹۰ میلادی گسترش پیدا کرد. امروزه این سیستم ها تا ۶۴ یونیت داخلی را پوشش می‌دهند.  امروزه غیرعادی نیست که یک واحد خارجی از 8 تا 64 واحد داخلی پشتیبانی کند. این محدوده طیف گسترده ای از کاربردها را شامل می شود، از تاسیسات مسکونی کوچک تا ساختمان های تجاری بزرگ. یونیت های داخلی بر اساس موقعیت نصب دارای انواع مختلفی از جمله یونیت داخلی سقفی، یونیت داخلی دیواری و یونیت داخلی کاستی می باشند. به خاطر داشته باشید که حداکثر ظرفیت خاص می تواند بر اساس برند و مدل سیستم VRF متفاوت باشد. برای تعیین تعداد دقیق یونیت های داخلی قابل اتصال به یک واحد خارجی خاص، توصیه می شود به مشخصات محصول سازنده مراجعه کنید یا با متخصصان HVAC که در طراحی و نصب سیستم های VRF تخصص دارند، مشورت کنید. آنها می توانند اطلاعات دقیقی را بر اساس تجهیزات خاصی که برای پروژه خود در نظر گرفته اید در اختیار شما قرار دهند.

جمع بندی:

سیستم‌های VRF در مقایسه با سیستم‌های HVAC سنتی و سایر جایگزین‌های مدرن برجسته هستند:

• بهره وری انرژی: سیستم های VRF از نظر بهره وری انرژی از سیستم های HVAC سنتی بهتر عمل می کنند و پتانسیل صرفه جویی قابل توجه در انرژی را ارائه می دهند.
• انعطاف‌پذیری: قابلیت‌های منطقه‌بندی و انعطاف‌پذیری طراحی سیستم‌های VRF به آنها برتری نسبت به سیستم‌های معمولی می‌دهد و به راحتی شخصی و استفاده کارآمد از فضا اجازه می‌دهد.
• گرمایش و سرمایش همزمان: سیستم های VRF از این جنبه برتر هستند، ویژگی که به راحتی با سیستم های HVAC معمولی قابل دستیابی نیست.
• هزینه اولیه: در حالی که سیستم های VRF هزینه اولیه بالاتری دارند، صرفه جویی در انرژی طولانی مدت آنها می تواند این سرمایه گذاری اولیه را جبران کند.
•  پیچیدگی: سیستم های VRF ممکن است به آموزش تخصصی برای نصب و نگهداری نیاز داشته باشند، در حالی که سیستم های سنتی معمولاً از این نظر ساده تر هستند.

تکامل سیستم‌های جریان مبرد متغیر (VRF) از ریشه‌های مفهومی آن‌ها تا تسلط امروزی آن‌ها در عرصه تهویه مطبوع، گواهی بر نبوغ انسان و پیشرفت فناوری است. سیستم‌های VRF با مزایایی مانند بهره‌وری انرژی، قابلیت‌های منطقه‌بندی و گرمایش و سرمایش همزمان، خود را به‌عنوان راه‌حلی مناسب برای ساختمان‌های مدرن تثبیت کرده‌اند. همانطور که از طریق پیشرفت در سیستم های کنترل، مبردها و ادغام با اتوماسیون به تکامل خود ادامه می دهند، آینده سیستم های VRF نوید کارایی، پایداری و راحتی بیشتر سرنشینان را می دهد. در حالی که با چالش‌ها و پیچیدگی‌های هزینه اولیه مواجه هستند، سیستم‌های VRF همچنان در خط مقدم نوآوری HVAC باقی می‌مانند و به ایجاد محیط‌های داخلی کارآمدتر و راحت‌تر کمک می‌کنند.

سایر ویژگی‌ها و مزایای سیستم تهویه مطبوع مرکزی مولتی اسپیلت VRF:

• استفاده از کمپرسورهای مدرن با سیستم‌های اینورتر کنترل ظرفیت راندمان انرژی این سیستم‌ها را تا 40 درصد نسبت به سیستم‌های اسپیلت‌ معمولی افزایش می‌دهد.
• با توجه به توضیح بالا EER و COP در این سیستم‌ها در محدوده 4.5 قرار می گیر که عدد بالایی است.
• استفاده از شیرهای سنولوییدی و حساس به فشار و دما و وجود سیستم‌های کنترلی دقیق نوسانات دما در این سیستم را نسبت به سیستم‌های دیگر کاهش می‌دهد.
• تغییر اولویت یونیت های خارجی برای افزایش طول عمر و کم شدن هزینه تعمیر و نگهداری
• با تکنولوژی سطح بالا و سیستم‌های کنترلی دقیق این سیستم‌ها در بازه دمایی بالایی از محیط قابل استفاده هستند.
• قابلیت کارکردن در حالت چند یونیت خارجی برای افزایش ظرفیت و تامین بار ساختمان حتی در حالت خرابی برخی یونیت‌ها
• قابلیت‌های کنترلی پیچیده بدون نصب هیچ‌گونه تجهیزات اضافی
• فضای مورد نیاز بسیار کمتر. بدون نیاز به لوله کشی سایز بالا و داکت.
• مناسب برای هردو ساختمان‌های جدید و در حال بازسازی – بر خلاف سایر سیستم‌های مرکزی
• ابعاد کوچک یونیت خارجی و قابلیت نصب آن در هر فضایی

سیستم‌های VRF معمولا در دو دسته ارایه می‌شوند:

• سیستم‌های بزرگ (معمولا فن بالا زن) با ظرفیت 25 تا 50 کیلو وات و قابلیت ماژولار شدن تا 200 کیلووات.
• سیستم های کوچک (معمولا با فن روبرو زن) با ظرفیت ۸ تا 26 کیلو وات که بصورت ۳ فاز و تکفاز ارایه می شوند.

یونیت‌های داخلی در سیستم تهویه مطبوع مرکزی مولتی اسپیلت VRF در مدل‌های بسیار متنوعی ارایه می شوند. و تمام حالات سیستم‌های مرکزی را پوشش می‌دهند. دیواری،‌زمینی، سقفی، داکتی و ... با فشار استاتیک فن متفاوت. هم‌چنین امکان استفاده از یونیت‌های هوای تازه نیز در این سیستم وجود دارد.