طراحی سیستم VRF

در این مقاله ابتدا ساختار یونیت های داخلی و خارجی (بیرونی) وی آر اف ها را بررسی می کنیم و سپس به بررسی اصول طراحی سیستم VRF و نحوه محاسبه ظرفیت یونیت داخلی و خارجی آن می پردازیم.

مختصری از ساختار یونیت داخلی و خارجی سیستم وی آر اف :

در واقع همانند شکل زیر ، ساختار و طراحی VRF به گونه ای است که تعدادی یونیت خارجی یا همان بیرونی (معمولا نصب شده بر روی بام ساختمان) که شامل کندانسینگ (کویل کندانسور) ، کمپرسور ، موتور برقی ، شیر انبساط الکترونیکی و … هستند به چندین یونیت داخلی (یا همان فن کویل های نصب شده در داخل ساختمان) که شامل کویل اواپراتور ، موتور و فن ، ترموستات کنترل دمای محیط و … هستند ، با لوله کشی که در آن مبرد (گاز فریون) جریان دارد به هم متصل می شوند و ویژگی منحصر به فرد این سیستم این است که مقدار مبرد ورودی به هر فن کویل متغیر بوده و دقیقا متناسب با نیاز دمایی هر فن کویل ، مقدار دقیقی از مبرد وارد کویل اواپراتور فن کویل می شود تا با هوای دمیده شده توسط فن ، تبادل حرارتی (هم سرمایشی و هم گرمایشی) انجام دهد. چنانچه با اجزا و نحوه کار این سیستم آشنایی کافی ندارید ابتدا پیشنهاد می کنیم که مقاله زیر را مطالعه بفرمایید.

ابتدا برای اطلاع دقیق تر از ساختار و طرز کار این دستگاه و آشنایی با مزایا و معایب آن ، پیشنهاد می کنیم که این متن ⇐ VRF را مطالعه نمایید.

مزیت اصلی در طراحی سیستم VRF این است که این سیستم ها که در دسته سیستم های جریان مبرد متغیر (Variable Refrigerant Flow) یا همان VRF قرار دارند ، قابلیت پاسخگویی به تغییرات بار مورد نظر را دارند. منظور از پاسخگویی به تغییرات بار این است که دقیقا متناسب با نیاز دمایی درخواستی از سوی کاربر (و یا متناسب با تنظیم اتوماتیک عملکرد یونیت های داخلی یا همان فن کویل های داخل ساختمان) ، این سیستم کار کرده و انرژی مصرف می کند.

یونیت های داخلی (یا همان فن کویل ها) دارای انواع مختلفی از قبیل دیواری ، زمینی ، سقفی و نوع داکتی (کانالی) هستند و این امکان وجود دارد که چندین نوع از یونیت های داخلی به یک یا چند یونیت خارجی یا همان بیرونی متصل شوند.

در ساختمان ها چندین محل برای نصب یونیت بیرونی ، از جمله پشت بام و طبقه همکف وجود دارد. هر یونیت بیرونی باید در جایی بیرون از ساختمان نصب شود که یونیت های داخلی امکان کار مناسب را داشته باشند. در شکل زیر نمایی از یونیت های بیرونی یا همان خارجی نصب شده بر روی بام ساختمان نمایش داده شده است.

اصول طراحی سیستم VRF

طراحی سیستم VRF کار پیچیده ای است و نیازمند کار بیشتر در مقایسه با سیستم های DX مرسوم مانند داکت اسپلیت ، چیلر و … است. در تصمیم گیری اگر یک سیستم VRF قابلیت عملی برای یک پروژه خاص را داشته باشد ، طراح آن باید در مورد مشخصات ساختمان فکر کند و آنها را در اصول کلی طراحی لحاظ کند.

مهمترین مشخصات ساختمان عبارتند از :

1 . در نظر گرفتن مشخصات ابعادی ساختمان در طراحی سیستم VRF

در اغلب موارد برای طراحی سیستم VRF ماکزیمم فاصله عمودی مجاز بین یونیت بیرونی (خارجی) و دورترین یونیت داخلی تقریبا 100 متر است. ماکزیمم فاصله عمودی مجاز بین دو یونیت داخلی تقریبا 35 متر و ماکزیمم طول لوله کشی واقعی مجاز بین یونیت بیرونی و دورترین یونیت داخلی بیشتر از 180 متر است. برای مثال در دستگاه های VRF ال جی (LG VRF) این اعداد به ترتیب 110 متر ، 40 متر و 225 است. دقت کنید که این اعداد برای برندهای مختلف و نیز نسل های مختلف آنها ، متفاوت بوده (مطابق با کاتالوگ روز هر شرکت) ولی به صورت کلی در این محدوده است.

بنابرین هندسه ساختمان باید به دقت مورد مطالعه قرار گیرد. این سیستم در مواردی که طول سیستم لوله کشی مورد نیاز یا ارتفاع مجاز از کاتالوگ شرکت سازنده بیشتر شود ، نباید استفاده شود.

2 . لحاظ بارهای سرمایش و گرمایش ساختمان در طراحی VRF و نحوه محاسبه ظرفیت یونیت داخلی و خارجی آن

در طراحی VRF ، مجموع ظرفیت سرمایش (یا گرمایش) یونیت های داخلی می تواند برابر ، بیشتر و یا کمتر از ظرفیت یونیت خارجی یا همان بیرونی باشد. یک مهندس می تواند تعیین کند که ظرفیت یک یونیت بیرونی معمولا بین 70 تا 130 درصد مجموع ظرفیت یونیت های داخلی باشد. طرح مهندس باید با بار تهویه مطبوع ساختمان چک شود. برای اینکه توان هر یونیت بیرونی به اندازه پیک بار تمام یونیت های فضاهای داخلی باشد ، پیک بار یونیت های داخلی را با هم جمع می کنند که توان یونیت بیرونی را تعیین کنند.

در عین حال یک یونیت بیرونی با ظرفیت خیلی بیشتر از حد مورد نیاز نباید انتخاب گردد. اگر چه یک یونیت بیرونی با یک مرحله ظرفیت بالاتر از نیاز ، می تواند در یک ظرفیت پایین تر هم کار کند ولی از انتخاب ظرفیت بسیار بالاتر باید اجتناب کرد مگر اینکه یک پروژه خاص مد نظر باشد و یا در آینده بار اضافی به ساختمان اعمال شود و یا مسائل دیگر.

برای مثال :

بار پیک سرمایشی برای ناحیه 1 = 3 تن تبرید

بار پیک سرمایشی برای ناحیه 2 = 2.5 تن تبرید

بار پیک سرمایشی برای ناحیه 3 = 4 تن تبرید

مجموع بار پیک = 3 + 2.5 + 4 = 9.5 تن تبرید

و برای مثال ظرفیت مجاز و استاندارد یونیت بیرونی موجود در بازار برای یک برند خاص عبارت است از :

7.5 تن و 10 تن تبرید

در نتیجه غیر از مواردی که برنامه ای پیش بینی شده برای یونیت های داخلی وجود داشته باشد ، ظرفیت 10 تن تبرید بایستی انتخاب گردد. این 10 تن تبرید می تواند پاسخگوی مجموع بار پیک (که 9.5 تن تبرید بود) باشد.

3 . نیاز یا عدم نیاز به تامین هوای تازه مورد نیاز ساختمان

یکی از چالش برانگیزترین جنبه های طراحی سیستم VRF احتیاج به فراهم آوردن هوای تازه از بیرون مطابق با استاندارد ASHRAE standard 62.1 / ANSI است که این استاندارد به تهویه و کیفیت هوای قابل قبول یونیت های داخلی و مقررات ملی ساختمان مربوط می شود. برای تامین هوای تازه از یک دستگاه هواساز استفاده می شود که کویل (لوله های) هواساز همانند فن کویل ها به یونیت های بیرونی یا همان خارجی دستگاه VRF متصل می شود و وظیفه آن فرستادن هوای تازه با دما و رطوبت کنترل شده و از طریق کانال کشی به بخش هایی از ساختمان است که به هوای تازه با اکسیژن کافی نیاز دارند.

مطالعه بیشتر درباره اجزا ، ویژگی ها و طرز کار هواسازها در این مقاله ⇐ دستگاه هواساز

4 . نیاز یا عدم نیاز به سرمایش و گرمایش همزمان

برخی از کارخانه های سازنده ، یک سیستم VRF که توانایی سرمایش و گرمایش همزمان را دارد عرضه می کنند. در این سیستم ها با اینکه چندین یونیت داخلی به یک یونیت بیرونی متصل شده است ، برخی از یونیت های داخلی می توانند دمای هوا را افزایش دهند ، در حالی که برخی از آنها دمای هوا را کاهش می دهند. قیمت این یونیت ها و هزینه نصبشان در مقایسه با نوع معمولی بالاتر است.

در تصویر زیر این مسئله سرمایش و گرمایش همزمان به خوبی نمایش داده شده و مهندس طراح باید نیاز یا عدم نیاز یک ساختمان به سرمایش و گرمایش همزمان را بررسی و آن را در اصول طراحی لحاظ کند.

5 . دمای حداقل و حداکثر یونیت بیرونی و تاثیر آن بر طراحی VRF

سازنده های VRF ظرفیت گرمایشی و سرمایشی هر دستگاه را به همراه دمای حداقل و حداکثر محیط بیرون از ساختمان جهت کارکرد بهینه دستگاه را در کاتالوگ نشان می دهند. برای مثال دستگاه های VRF ال جی وقتی در حالت سرمادهی در فصل تابستان هستند ، در دمای محیط بیرون از 15- تا 48+ درجه سانتی گراد بدون افت راندمان و وقتی در حالت گرمادهی در فصل زمستان هستند ، در دمای محیط بیرون از 25- تا 18+ درجه سانتی گراد بدون افت راندمان کار می کنند‌. باید شرایط آب و هوایی و حداقل و حداکثر دما در طول سال هر منطقه ای که قرار است از دستگاه VRF استفاده شود ، به دقت توسط مهندس طراح بررسی گردد.

نحوه محاسبه ظرفیت یونیت داخلی و خارجی آن

انتخاب یونیت ها :

انتخاب یونیت های داخلی و ظرفیت آنها بر اساس بیشترین بار سرمایی و گرمایی محل مورد تهویه انجام می شود. دقت کنید که نحوه محاسبه ظرفیت VRF مورد نیاز بر اساس بار معمولا توسط نرم افزارهای تخصصی محاسبه بار برودتی و حرارتی ساختمان انجام می شود که خود مبحث بسیار سنگین و پیچیده ای است که در اینجا نمی توان به تشریح آن پرداخت و ما فرض را بر آن می گیرم  که بار مورد نیاز از قبل محاسبه شده است.

برای مثال :

به فضایی که دارای 3 اتاق با بارهای سرمایش و گرمایش است توجه کنید.

اتاق 1 :

بار سرمایشی مورد نیاز = 23500 btu/h

بار گرمایشی مورد نیاز = 26000 btu/h

اتاق 2 :

بار سرمایشی مورد نیاز = 24000 btu/h

بار گرمایشی مورد نیاز = 29000 btu/h

اتاق 3 :

بار سرمایشی مورد نیاز = 35500 btu/h

بار گرمایشی مورد نیاز = 29000 btu/h

نکته اینکه هر 12000 btu/h برابر با 1 تن تبرید است.

حال برای مثال ظرفیت سرمایشی و گرمایشی یونیت های داخلی موجود در بازار برای یک برند خاص به ترتیب عبارت است از :

یونیت داخلی 1 : سرمایش 24000 btu/h و گرمایش 27000 btu/h

یونیت داخلی 2 : سرمایش 27000 btu/h و گرمایش 30000 btu/h

یونیت داخلی 3 : سرمایش 36000 btu/h و گرمایش 40000 btu/h

برای اتاق 1 سرمایش و گرمایش مورد نیاز با انتخاب یونیت 1 بدست می آید.

برای اتاق 2 اگر چه بار سرمایش با یونیت داخلی 1 تامین می شود، بار گرمایشی با یونیت داخلی 2 فراهم می شود. بنابرین برای اتاق 2 باید یونیت داخلی 2 انتخاب شود.

برای اتاق 3 احتیاج به بار سرمایش غالب است (بار سرمایشی مورد نیاز بیشتر از بار گرمایشی است) و از یونیت 3 استفاده می شود. یونیت های داخلی 1 و 2 نمی توانند سرمایش مورد نیاز اتاق 3 را تامین کنند.

در آب و هوای سرد وقتی که سیستم تهویه VRF به عنوان گرمایش اصلی فضا انتخاب شود (یعنی اینکه از همان سیکل تبرید VRF هم برای سرمایش و هم گرمایش استفاده شود و دیگر کویل آبگرم به یونیت های داخلی اضافه نشود) لازم است که تعدادی از یونیت های داخلی بر اساس بار گرمایشی مورد نظر انتخاب شود. وقتی که ظرفیت تمام یونیت های داخلی مشخص شد ، یونیت بیرونی بر مبنای بار نهایی انتخاب می شود.

تا اینجا با اصول طراحی سیستم VRF و نحوه محاسبه ظرفیت یونیت های آن (داخلی و خارجی) و انتخاب صحیح آنها به طور کلی آشنا شدیم و در ادامه تنها به ذکر چند نکته در خصوص نصب آن می پردازیم.

نصب VRF و ماموریت های نصب آن :

نصاب باید با اجزا سیستم و شرایط لازم برای نصب VRF آشنا باشد. برخی از مهمترین نکات در نصب VRF عبارتند از :

1 . لوله های مبرد باید خشک ، تمیز و فاقد نشتی باشد.

2 . گاز نیتروژن باید در طول جوشکاری استفاده شود تا از اکسیده شدن داخل لوله های مبرد جلوگیری شود.

3 . اپراتور باید با گزینه های کنترل قابل دسترس سیستم های VRF آشنا باشد. برای مثال هر یونیت داخلی می تواند به طور مجزا توسط یک ترموستات قابل برنامه ریزی کنترل شود یا چندین یونیت داخلی در یک ناحیه از ساختمان می تواند توسط همان ترموستات کنترل شود. بیشتر کارخانه های سازنده سیستم تهویه مطبوع VRF ، یک سیستم کنترل مرکزی را ارائه می دهند که این امکان را می دهد که یک نفر بازبینی و کنترل کل سیستم تهویه را از یک محل انفرادی یا از طریق اینترنت انجام دهد.

4 . اغلب سازنده ها برای نصاب های خود دوره آموزش نصب VRF ارائه می دهند. متاسفانه در نحوه نصب ، بین کارخانه های سازنده تفاوت های بسیاری وجود دارد و از اینرو نصاب ها باید با نحوه نصب هر یک آشنا شوند.

مطالعه بیشتر ⇓

قیمت دستگاه VRF

تهویه مطبوع ساختمان مسکونی

سیستم گرمایش و سرمایش GHP چیست ؟