آشنایی با سیستم وی آر اف (VRF) و کاربردهای آن
با توجه به اینکه امروزه شاهد انواع مختلفی از سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی برای منازل مسکونی هستیم، همواره انتخاب یک سیستم با بهره‌وری مناسب می‌تواند یکی از چالش‌برانگیزترین انتخاب‌ها برای خانه و یا هر محیطی باشد. درواقع یک سیستم بهینه باقابلیت مصرف کمترین مقدار انرژی و درعین‌حال بالاترین بهره‌وری می‌تواند یک انتخاب رضایت‌بخش تلقی شود. حال با توجه به همین اهمیت نیز این بار با مقاله‌ای جامع در باب انواع سیستم‌های وی آر اف و عملکرد آن‌ها در خدمت شما هستیم تا شما بتوانید به بهترین شکل ممکن با این نوع از سیستم‌ها آشنا و در راستای یک خرید رضایت‌بخش از این مقاله بهره بگیرید. پس با سازه افزار همراه شوید.
سیستم VRF چیست؟
شاید بتوان مبدأ شکل‌گیری سیستم وی آر اف را برای اولین بار در کشور ژاپن و در حدود ۴۰ سال پیش جست‌وجو کرد. در همین راستا جالب است بدانید که اگرچه این تکنولوژی مربوط به ۴۰ سال پیش می‌باشد اما در طی این سال‌ها، تغییرات اساسی روی آن رخ‌داده است؛ به‌طوری‌که سیستم‌های VRF امروزی تفاوت زیادی با وی آر اف های آن زمان دارد. کلمه، وی آر اف خلاصه‌شده‌ی عبارت Variable Refrignet Flow به معنای جریان متغیر مبرد (سردکننده) است. شاید این ترجمه کمی سخت به نظر برسد اما جای نگرانی نیست چراکه هدف ما در این مقاله ارائه اطلاعاتی ساده و قابل‌فهم در این باب است. درواقع این ترجمه از سیستم VRF به معنی استفاده از یک سیال یا ماده‌ای رونده برای ایجاد سرمایش و گرمایش در محیط است. جالب است بدانید که سیستم‌های وی آر اف شباهت زیادی به کولرهای گازی دارند چراکه دارای واحدهای داخلی و خارجی تقریباً مشابه ای می‌باشند؛ اما ویژگی جالب متغیر بودن سردکننده باعث شده است که صرفه‌جویی بیشتری در مصرف انرژی رخ‌داده و دمای نقاط مختلف ساختمان را به‌راحتی قابل تنظیم باشد. سیستم تهویه‌ی VRF را می‌توان به‌صورت گسترده در ساختمان‌های بزرگ مورداستفاده قرارداد. چراکه با استفاده از این سیستم، تنظیم دما در بخش‌های مختلف ساختمان به‌راحتی انجام می‌گیرد. این قابلیتی است که در اسپلیت‌ها وجود ندارد و شما اگر بخواهید دمای یک اتاق را تغییر دهید، باید یک اسپلیت جداگانه برای آن خریداری کنید.
همچنین لازم به ذکر است که در سیستم وی آر اف برخلاف سایر سیستم‌های تهویه، هیچ‌گونه آبی وجود ندارد، بلکه خنک‌کننده که یک نوع گاز فریون است به‌صورت مستقیم انرژی را در واحدهای خارجی و داخلی جابه‌جا می‌کند؛ بنابراین ازآنجایی‌که می‌توان میزان سیال خنک‌کننده‌ای که وارد هر بخش می‌شود را کنترل کرد، دمای هوا نیز به‌سادگی قابل تنظیم خواهد بود.
آشنایی با بخش‌های مختلف یک سیستم وی آر اف (VRF)
به‌طورکلی در یک سیستم VRF بر اساس تعداد واحدها و متراژ ساختمان می‌توان اجزای مختلفی را مشاهده کرد؛ بنابراین ما در این قسمت از سازه افزار قصد داریم که شمارا با اجزای مختلف این سیستم‌ها آشنا و در ادامه به ارائه توضیحاتی در باب چگونگی عملکرد آن‌ها بپردازیم پس با ما همراه باشید:
• آشنایی با کمپرسورها
یکی از مهم‌ترین بخش‌ها در سیستم وی آر اف، کمپرسور است. درواقع، کمپرسورها به‌عنوان قلب سیستم تهویه عمل می‌کنند و از دو نوع کمپرسور اینورتر و کمپرسور دور ثابت تشکیل‌شده‌اند. در کمپرسور اینورتر، می‌توان میزان مبرد را به مقدار دلخواه تنظیم کرده تا بتواند دمای مشخص‌شده را تأمین کند. کمپرسورهای دور ثابت به‌نوعی برای پشتیبانی کمپرسور اینورتر تعبیه‌شده‌اند و تنها زمانی مورداستفاده قرار می‌گیرند که سایر کمپرسورها نتوانند برودت موردنیاز را تأمین کنند. هردوی این کمپرسورها از نوع خارجی هستند و هر چه ظرفیت سیستم VRF بالاتر باشد، تعداد کمپرسورها نیز بیشتر خواهد بود.
• جداکننده روغن
به‌طورکلی و بر اساس ویژگی‌های کلی روغن این بخش از سیستم‌های وی آر اف برای تأمین روان کاری قطعات در نظر گرفته‌شده است. نحوه‌ی کار این بخش به این صورت است که پس از کمپرسور و ایجاد نیروی گریز از مرکز، روغن‌ها در اطراف محفظه به چرخش درمی‌آیند و برای روان کاری مورداستفاده قرار می‌گیرند.
• مبدل‌های ساب کولر
ازجمله مبدل‌هایی که در یونیت خارجی قرار می‌گیرند، مبدل ساب کولر را می‌توان نام برد. وظیفه‌ی اصلی این بخش، افزایش فشار مبرد است؛ چراکه ممکن است براثر طول زیاد لوله‌کشی، فشار جریان مبرد کاهش پیداکرده باشد. به همین دلیل، ساب کولر دمای مبرد را افزایش داده و به‌این‌ترتیب، حجم آن نیز افزایش پیدا می‌کند.
• شیر کنترل
به‌طورکلی این شیر مسئولیت حفظ بالانس در خطوط HP و LP را بر عهده دارد. اگر هرکدام از آن‌ها از حد استاندارد خود تجاوز کنند، با استفاده از سایر خطوط، آن را کنترل خواهند کرد.
• شیرهای انبساط
جای تعجبی ندارد اگر مطرح کنیم که در سیستم وی آر اف شیرهای انبساط از اهمیت ویژهای برخوردارند. چراکه این نوع از شیرها با استفاده از پالس‌های الکتریکی فعال‌شده و حرکت مبرد در یونیت‌ها را کنترل می‌کند. از شیرهای انبساط الکتریکی در یونیت خارجی و داخلی استفاده می‌شود.
• شیرهای اطمینان
بالا رفتن فشار در سیستم‌های وی آر اف بسیار خطرناک است. به همین جهت، قرار دادن یک شیر اطمینان برای جلوگیری از بروز سوانح، بسیار ضروری است. نحوه کار آن بدین شکل است که اگر فشار گاز بالاتر از مقدار مشخص‌شده باشد، جریان گاز توسط شیرهای اطمینان بسته خواهد شد. همچنین اگر بنا به هر دلیلی، کاهش فشار در سیستم رخ داد، کل دستگاه وی آر اف خاموش خواهد شد.
• آکومولاتور
این بخش، وظیفه‌ی جداسازی مایع از گاز در کمپرسورها را به عهده دارد.
آشنایی با چگونگی عملکرد سیستم وی آر اف
به‌طورکلی می‌توان اذعان نمود که پیچیدگی توصیفی برای ماهیت فنی و نحوه عملکرد فناوری جریان خنک‌کننده متغیر کمی چالش‌برانگیز است؛ اما در باب توضیح درباره‌ی چگونگی عملکرد این سیستم می‌توان اذعان نمود که ساده‌ترین توضیح در مورد وی آر اف، توصیف آن به‌عنوان سیستمی است که برای چندین واحد داخلی مجهز به موتورهای مختلفی می‌باشد که کمپرسورها را به گردش درمی‌آورند. این کمپرسورها نیز مبرد یا گاز فریون را متراکم کرده و در کل مدار پخش می‌کنند. مبرد با ورود به یونیت‌های داخلی، وارد فن کویل‌ها شده و انتقال حرارت بین محیط و فن کویل‌ها انجام می‌شود؛ بنابراین براثر همین انتقال حرارت، دمای هوا سردتر و یا گرم‌تر خواهد شد.
در عملکرد این نوع از سیستم‌ها یک درایو با سرعت متغیر، کمپرسور را کنترل می‌کند و به آن اجازه می‌دهد جریان مایع خنک‌کننده را از طریق چند سیم‌پیچ تبخیر تنظیم و تغییر دهد؛ بنابراین چنین فرایندی منجر به کنترل دما برای هر منطقه یا فضا می‌شود، فرآیندی که به‌عنوان منطقه بندی نیز شناخته می‌شود. این سیستم می‌تواند اتاق‌های جداگانه را به‌طور هم‌زمان گرم و سرد کند و در کنار آن قابلیت انتقال انرژی را از اتاق‌های خنک به اتاق‌های گرم را برخوردار می‌باشد.
لازم به ذکر است که همان‌طور که در بخش قبل از این نوشتار در سازه افزار نیز ذکر شد، اصطلاح وی آر اف نشان‌دهنده توانایی سیستم در تغییر و کنترل جریان مبرد از طریق کویل‌های چند تبخیرکننده برای کنترل مکانیکی دما در مناطق مختلف است. این نوع از سیستم‌ها با استفاده از انبساط مستقیم به‌عنوان بخشی از چرخه اصلی تبرید (سردسازی)، گرما را از اتاق‌ها به‌طور مستقیم به کویل‌های تبخیرکننده مستقر در فضای تهویه مطبوع منتقل می‌کند. لازم به ذکر است که مبدل انتقال گرما در حالت خنک‌کننده، گرمایش و سرمایش را به مناطق مختلف باانرژی کمتری نسبت به هوا یا آب تحویل می‌دهد.
خب تا بدین جای این مقاله متوجه شدیم که طرز کار سیستم VRF به‌صورت چندشکلی عمل می‌کنند و چندین واحد داخلی را به یک واحد میعان متمرکز در فضای باز متصل می‌کند. حال در این بخش به ارائه توضیحات مرحله‌به‌مرحله عملکرد این سیستم میپردازیم که به‌صورت:
• به‌طورکلی سیستم پمپ حرارتی وی آر اف برای تمام واحدهای داخلی در یک‌زمان خاص گرمایش و سرمایش را فراهم می‌کند.
• سیستم VRF در هر زمان امکان خنک‌سازی و گرمایش غیرمعمول را فراهم می‌کند.
• سیستم‌های بازیابی حرارت، سرمایش و گرمایش هم‌زمان و همچنین بازیابی گرما را فراهم می‌کنند و انرژی را از مناطق خنک‌کننده به مناطق گرمایشی ساختمان منتقل می‌کنند.
بیشتر بخوانبد : پنل خورشیدی و مزایای آن
آشنایی با انواع سیستم وی آر اف بر اساس نوع کارکرد
به‌طورکلی می‌توان دو نوع سیستم مختلف برای وی آر اف در نظر گرفت که این سیستم‌ها شامل:
۱. سیستم‌های خنک شونده با هوا
به‌طورکلی در سیستم‌های خنک شونده با هوا چندین کمپرسور به یک حلقه لوله‌کشی مبرد یا خنک‌کننده وصل می‌شوند. البته لازم به ذکر است که توجه ویژهای باید به انتخاب تجهیزات در مکان‌هایی با شرایط محیطی گرم (دمای هوای بالاتر از 95 درجه فارنهایت) اتخاذ شود.
۲. خنک شونده با آب
در سیستم‌های وی آر اف که با آب‌کار می‌کنند عملکرد بدین شکل می‌باشد که چندین کمپرسور به یک حلقه منبع آب وصل می‌شوند و امکان بازیابی حرارت بین واحدهای کمپرسور را فراهم می‌آورد.
آشنایی با انواع سیستم‌های VRF بر اساس کاربرد
طبیعی است که انواع مختلف سیستم‌های وی آر اف، بر اساس تکنولوژي و قطعات به‌کاررفته در ساختار آن‌ها، کارهای مختلفی انجام می‌دهند؛ بنابراین می‌توان این نوع از سیستم‌ها را بر اساس نوع کارکرد به سه دسته مهم تقسیم‌بندی کرد که عبارت‌اند از:
• سیستم VRF سردکننده
در این نوع از سیستم‌های وی آر اف فقط عملیات کاهش دما انجام می‌شود. از همین رو، این نوع سیستم ازنظر تکنولوژی، دارای ساختاری ساده‌تر هستند و بالطبع، قیمت‌های کمتری نیز دارند.
بیشتر بخوانبد: بانک اطلاعات ساختمان | پروژه های در حال ساخت
• سیستم VRF سرمایشی و گرمایشی
اکثر سیستم‌های وی آر اف از نوع گرمایشی و سرمایشی هستند و می‌توانند گرما و سرما را به‌صورت هم‌زمان ایجاد کنند. این نوع از دستگاه‌ها دارای فناوری جدیدتر و پیچیده‌تری نسبت به نوع اول هستند. بااین‌وجود، با این دستگاه‌ها، نمی‌توان در یک‌زمان، در یک بخش سرمایش و در بخش دیگر گرمایش ایجاد کرد؛ بنابراین سیستم در یک‌زمان، یا باید گرمایشی باشد و یا سرمایشی باشد.
• سیستم‌های VRF با بازیابی حرارت
پیشرفته‌ترین سیستم تهویه وی آر اف را می‌توان وی آر اف نوع بازیابی حرارت دانست. در این نوع از سیستم‌ها نیز مانند نوع دوم، امکان ایجاد سرمایش و گرمایش با استفاده از یک دستگاه واحد وجود دارد؛ اما برخلاف وی آر اف سرمایشی و گرمایشی، سیستم‌های وی آر اف بازیابی حرارت، از قابلیت ایجاد سرمایش و گرمایش در نقاط مختلف و در یک‌زمان برخوردارند؛ بنابراین شما می‌توانید با کمک این فناوری، در یک‌زمان، یکی از اتاق‌ها را سرد نگه‌دارید و دیگری را گرم‌کنید.
تقسیم‌بندی انواع وی آر اف بر اساس انرژی مصرفی
به‌طورکلی قابل اذعان است که سیستم‌های وی آر اف می‌توانند از انواع مختلف منابع انرژی برای فعالیت استفاده کنند و شما قادر خواهید بود، متناسب با شرایط محل زندگی و یا هزینه‌های مربوط به هر یک از منابع انرژي، سیستم وی آر اف مناسب خود را انتخاب و تهیه نمایید. لذا یکی دیگر از روش‌های دسته‌بندی انواع سیستم‌های VRF، تقسیم‌بندی بر اساس نوع انرژی مصرفی است. این سیستم‌ها را بر اساس نوع انرژی مصرفی، می‌توان به دودسته تقسیم کرد که عبارت‌اند از:
• سیستم‌های وی آر اف برقی
جالب است بدانید که در این نوع سیستم‌ها، از جریان الکتریکی، برای تأمین انرژي دستگاه استفاده می‌شود. درواقع این نوع از سیستم‌ها مجهز به بخش تهویه‌ی وی آر اف برقی با نام EHP هستند. در این نوع از دستگاه‌ها، کمپرسور موجود در بخش خارجی از طریق الکتروموتورها حرکت می‌کند که طبیعتاً برای فعالیت، به انرژي الکتریکی نیاز دارند. به همین دلیل، این نوع سیستم وی آر اف، معمولاً به انرژی زیادی نیاز دارند و از انواع پرمصرف محسوب می‌شوند.
• سیستم‌های وی آر اف گازی
در سیستم‌های وی آر اف گازی یا GHP برخلاف انواع برقی از گاز شهری برای چرخاندن کمپرسورها استفاده می‌شود. به دلیل، طراحی مناسب‌تر این نوع سیستم، بهتر است برای ساختمان‌های بزرگ از VRF های گازی استفاده شود؛ چراکه معمولاً راندمان بالاتری نسبت به وی آر اف های برقی از خود نشان می‌دهند؛ بنابراین می‌توان از آن‌ها به‌عنوان سیستمی بهینه یادکرد.
آشنایی با انواع سیستم‌های وی آر اف با توجه به نحوه لوله‌کشی
از طرف دیگر می‌توان سیستم‌های وی آر اف را بر اساس پیکربندی یا نحوه لوله‌کشی به انواع زیر تقسیم‌بندی کرد که این موارد شامل:
• انواع سیستم‌های دو لوله‌ای:
سیستم‌های دو لوله‌ای که معمولاً در پمپ حرارتی VRF برای تأمین سرمایش یا گرمایش فقط در همان حالت عملیاتی استفاده می‌شوند. در این نوع از سیستم‌ها کنترل‌کننده‌های مدار شاخه با استفاده از سیستم‌های دو لوله‌ای باید کارکردهای زیر برآورده کنند که این موارد شامل جدا کردن مبرد درون گاز و مایع، اطمینان از مناطق در حالت گرمایش از گاز گرم، اطمینان از حالت خنک‌کننده مایع فرعی و تسهیل در برطرف کردن گرما از یک منطقه به منطقه دیگر می‌باشد.
• انواع سیستم‌های سه لوله‌ای:
در این روش که به سیستم سه لوله‌ای شناخته می‌شود، امکان گرمایش و سرمایش تمامی زون‌ها، به‌صورت هم‌زمان وجود خواهد داشت. به‌طورکلی سیستم‌های سه لوله‌ای، با یک لوله گرمایش، یک لوله خنک‌کننده و یک لوله برگشت قابل‌اجرا می‌باشند؛ بنابراین با توجه به همین مکانیسم از این سیستم‌ها به‌منظور عملکردهایی مشابه با سیستم دو لوله‌ای به‌جز جداکننده‌ها استفاده می‌شود. لازم به ذکر است که برای انتخاب شاخه‌ها (انشعاب‌ها) نیازی به جداکننده نیست، زیرا معمولاً به سیستم سه لوله‌ای، خط مایع خنک‌کننده، خط گاز مکش مبرد و خط مخلوط فشار بالا – فشار کم متصل می‌باشد. در پایان نیز باید یادآور شد که انتخاب انشعاب‌ها مشابه کنترل‌کننده‌های مدار شاخه هستند و گازهای گرم شده را به مناطق گرمایش و مایع درون فرعی را به مناطق خنک‌کننده هدایت می‌کنند. همچنین لوله مخلوط فشار بالا – فشار کم به واحد تراکم در فضای باز منتقل می‌شود.
آشنایی با مزایای سیستم‌های وی آر اف
در یک نگاه کلی می‌توان مزیت‌های سیستم‌های وی آر اف را در بخش زی خلاصه کرد که شامل:
• مقرون‌به‌صرفه بودن
• استفاده هم‌زمان از هر دو حالت سرمایشی و گرمایشی
• در مقایسه با کولرگازی و داکت اسپلیت، مصرف برق کمتری دارد.
• با توجه به عدم نیاز به یک یونیت خارجی به ازای هر یونیت داخلی (برخلاف کولرگازی و داکت اسپلیت) به زیبایی نمای ساختمان لطمه‌ای وارد نشده و فضای کمتری اشغال می‌گردد.
• وابسته نبودن بخش‌ها به یکدیگر بدین معنی که درصورتی‌که قسمتی از سیستم خراب شود، بقیه‌ی قسمت‌ها بدون مشکل به کار خود ادامه خواهند داد.
• مصرف انرژی کمتر نسبت به سیستم‌های قدیمی صرفه‌جویی در هزینه‌ها
• قابلیت استفاده هم‌زمان در چند فضا بدین معنی که با توجه به اینکه در صورت به‌کارگیری سیستم VRF برای هر اتاق یا فضای مشخصی در ساختمان، یک یونیت داخلی به‌طور جداگانه (مانند کولرگازی و فن کویل) تعبیه می‌شود، امکان کنترل دما در هر فضا، به شکل مستقل وجود خواهد داشت.
• سیستم‌های VRF قابلیت لوله‌کشی در طول و ارتفاع‌های بالا را دارا می‌باشند درحالی‌که این میزان در سیستم‌های داکت اسپلیت محدود است. معمولاً سیستم‌های داکت اسپلیت دارای 50 متر طول کل لوله‌کشی و 30 متر لوله‌کشی در ارتفاع می‌باشند، درحالی‌که این اعداد برای سیستم VRF خیلی بیشتر است.
• کارکرد آرام و بی‌صدا
در باب معایب استفاده از سیستم‌های وی آر اف
• استفاده از کمپرسور در سیستم‌های VRF جهت تولید گرمایش به‌منزله مصرف قابل‌توجه برق خواهد بود و این در شرایطی است که سیستم‌های معمول گرمایشی (رادیاتور) از آب گرم که با مصرف گاز شهری تولید می‌شود، استفاده می‌کنند. لذا با توجه به هزینه‌های بالای برق در ایران، به‌کارگیری سیستم‌های VRF در فصل سرما به‌صرفه نخواهد بود.
• به علت کیفیت پایین گرمایش سیستم‌های هیت پمپی، باید در نظر داشت که در صورت استفاده از VRF در شهرهای غیرگرمسیری، از سیستم‌های جانبی مانند رادیاتور یا گرمایش از کف نیز لازم می‌باشد که خود چندان به‌صرفه نمی‌باشد.
• احتمال نشتی مبرد یا خنک‌کننده در سیستم‌های VRF به‌مراتب بیشتر است و این موضوع یکی از نگرانی‌های جدی و قابل‌توجهی است که می‌تواند علاوه بر آسیب‌های زیست‌محیطی و به خطر انداختن سلامتی افراد، هزینه زیادی را جهت بازسازی سیستم تحمیل کند.
• درصورتی‌که توازن فشار مبرد (خنک‌کننده) در داخل لوله‌ها از بین رود لازم است که سیستم بعد از تخلیه کامل، مجدداً شارژ شود.
مقایسه سیستم وی آر اف با اسپلیت و داکت اسپلیت
اگر شما ساختمانی دارید که در قسمت‌های مختلف آن به تنظیم دمای هوا به‌صورت مستقل نیاز دارید (معمولاً ساختمان‌های با متراژ متوسط تا بزرگ) یکی از بهترین سیستم‌ها، سیستم‌های VRF هستند که خود به دودسته GHP (کارکرد با گاز شهری) و EHP (کارکرد با برق) تقسیم می‌شوند. اگر ساختمانی دارید که متراژ کمی دارد (مانند منازل مسکونی با متراژ کمتر از ۱۵۰ متر) می‌توانید از یک یا چند اسپلیت در نقاط مختلف استفاده کنید تا بتوانید دمای هر اسپلیت را به‌طور جداگانه تنظیم نمایید. اگر مسئله کنترل دمای هر اتاق یا سالن به‌صورت مستقل و جداگانه اهمیت ندارد و می‌خواهید دمای هوا در همه آن‌ها به‌صورت برابر تنظیم شود و باهم سرد و گرم شوند، می‌توانید از داکت اسپلیت استفاده کنید. درواقع مسئله کنترل مستقل هر قسمت ازنظر دما و رطوبت و نیز متراژ ساختمان‌ها مهم‌ترین فاکتورها در مقایسه سیستم وی آر اف با داکت اسپلیت است.
کلام آخر
همان‌طور که در این راهنما از سازه افزار مطالعه نمودید، جریان مبرد متغیر (VRF) از انواع تکنولوژی تهویه مطبوع بوده که در سال ۱۹۸۲ در شرکت دایکین ژاپن اختراع‌شده است. این نوع از سیستم‌ها به‌مانند اسپلیت‌ها از مبرد برای خنک کردن و گرم کردن استفاده می‌کند که این مبرد در یک مدار توسط یک پانل خارجی بین چندین پانل داخلی در گردش است و ازجمله کاراترین سیستم‌ها به‌حساب می‌آید. لازم به ذکر است که در این نوشتار مقایسه‌ای نیز بین سیستم‌های وی آر اف و داکت اسپیلیت انجام دادیم که امیدواریم مفید واقع‌شده باشد.