سیستم VRF چیست؟ + کاربرد، مزایا و معایب

زمان مطالعه: 9 دقیقه

ساختار سیستم VRF

قبل از آشنایی با سیستم‌های VRF و نحوه‌ی عملکرد آن‌ بهتر است با نحوه‌ی کارکرد سیستم‌های انبساط مستقیم آشنایی پیدا کنیم.

سیستم‌های انبساط مستقیم، سیستم‌هایی هستند که در آن ها مبرد مستقیما در داخل کویل‌های حرارتی شامل‌ (هوایی یا آبی) تبخیر شده و در نتیجه سبب می‌شود که دمای سیال مورد نظر (آب یا هوا) کاهش یابد.

این سیستم در صورت طراحی می‌تواند گرمایش را نیز تامین کند بدین صورت که مبرد مستقیما در داخل کویل تقطیر شده و در نتیجه دمای سیال مورد نظر(آب یا هوا) افزایش می‌یابد یا به طور خلاصه:

جای کویل تقطیر کننده و تبخیر کننده در سیکل عوض می‌شود و کویل تبخیرکننده (اواپاتور) نقش کویل تقطیر کننده (کندانسور) را به خود می‌گیرد.

تقسیم بندی سیستم‌های انبساط مستقیم

سیستم‌های انبساط مستقیم دارای انواع یکپارچه، چند تکه و دو تکه ‌می باشد. از انواع یکپارچه می توان به پکیج‌های پشت بامی (Roof Top Package)، که از سیستم‌های انبساط مستقیم یکپارچه DX هستند، اشاره نمود که در این سیستم تجهیزات سیکل تبرید شامل کمپرسور، کندانسور، و اواپراتور، همگی در یک پکیج قرارداده شده اند.

کولر‌های گازی، داکت اسپیلیت‌ها و سیستم‌های VRF نمونه‌هایی از سیستم‌های دوتکه و چندتکه می باشند که در این مقاله به تشریح سیستم‌های VRF پرداخته‌ایم.

سیستم‌ VRF چیست؟

 

سیستم VRF مخفف عبارت variable refrigerent flow به معنای کنترل جریان متغیر مبرد می باشد و ایده‌ی آن بر اساس تکنولوژی اینورتر است.

این سیستم اندازه‌ی مایع مبرد که باید به محیط مورد نظر فرستاده شود را کنترل می‌کند که این کار توسط یک شیر مخصوص انجام می‌شود.

در حقیقت به زبان ساده‌تر، سیستم های تهویه مطبوع VRF از چندین واحد داخلی متصل به یک واحد خارجی تشکیل شده است که توانایی تولید سرما و گرما به صورت کاملا هم زمان را دارد.

در سیستم VRF تعداد زیادی اوپراتور با ظرفیت‌ها و چینش های گوناگون، کنترل انفرادی، آسایش گرمایش و سرمایش همزمان در نواحی مختلف، و بازیابی گرما از یک ناحیه برای ناحیه‌ای دیگر را امکان پذیر می‌سازد.

سیستم تهویه مطبوع VRF بیشتر برای اماکنی که نیاز به سرمایش موضعی داشته باشند. مانند بانک‌ها، ساختمان‌های تجاری بزرگ و پاساژ‌ها و مکان‌هایی که هر قسمت از آن دمای خاصی نیاز دارد و یا انتخاب دما به عهده‌ی افراد است نظیر بیمارستان‌ها کاربرد دارد.

هم‌اکنون از سیستم‌های VRF به صورت گسترده‌ای (مخصوصا در آسیای شرقی و اروپا) استفاده می‌شود.

در ایران نیز هم اکنون در ساختمان‌های مسکونی، تجاری و اداری بسیاری استفاده می‌شود.

تکنولوژی VRF توسط شرکت Daikin در سال ۱۹۸۲ ابداع شد،

Daikin شرکتی ژاپنی است که این تکنولوژی را با نام VRV تولید و روانه‌ی بازار کرده است و هم اکنون نیز این سیستم توسط تولید‌کننده‌های مختلفی در جهان با نام های تچاری مختلف تولید و ساخته می‌شود.

متاسفانه طراحی سیستم‌های VRF نسبت به سایر سیستم های DX بسیار پیچیده تر می‌باشد و نیاز به کار و پیچیدگی بیشتری دارد.

سیستم‌ VRF چگونه کار می‌کند؟

سیستم‌های VRF طبق اصول و کارکرد سیستم‌های انبساط مستقیم کار می‌کنند. بدین معنی که فضاهای مختلف به طور مستقیم توسط گردش مبرد در پانل‌های داخلی مربوط به آن فضاها تهویه می‌شوند.

سیستم‌های جریان مبرد متغیر، نسل جدید سیستم‌های تهویه‌ مطبوع ‌می‌باشد که همانطور که گفته شد بر اساس تکنولوژی انبساط مستقیم، کار مي کند.

تفاوت سیستم VRF با سیستم VAV

سیستم‌های VRF را نباید با سیستم‌های VAV (حجم هوای مختلف) اشتباه گرفت چرا که سیستم‌های VAV بر اساس حجم متفاوت هوا در فضاهای مختلف کار می‌کند.

از نظر شباهت سیستم، سیستم‌های وی ار اف تقریبا مشابه سیستم‌های مولتی اسپیلیت است یعنی؛ یک پانل خارجی به چند پانل داخلی متصل می‌شود اما این سیستم شباهت‌های زیادی با سیستم مولتی اسپیلیت دارد.

تفاوت چیلر با VRF

 

1. سیستم‌های وی ار اف بر اساس تکنولوژی انبساط مستقیم کار می‌کند در حالی که چیلر‌ها دارای دو مبرد می‌باشند به طوری که ابتدا مبرد اول (گاز فریونی) مبرد دوم (آب) را خنک کرده و مبرد دوم اقدام به خنک کردن فضا می‌کند.
2. سیستم‌های وی ار اف برای فضاهای مسکونی، اداری و تجاری کوچک و متوسط، پیشنهاد خوبی محسوب می‌شود اما در فضاهای تجاری بزرگ استفاده از سیستم چیلر بهترین گزینه است.
3. استفاده از سیستم چیلر در کنار هواساز امکان تامین هوای تازه مورد نیاز را فراهم می‌کند در حالی که در سیستم وی ار اف این امکان با محدودیت روبرو می‌شود. اما در مکان‌هایی که نیاز به تامین هوای تازه با حجم بالا هستیم، سیستم چیلر و وی ار اف بهترین گزینه‌‌ها هستند.
4. سیستم‌های وی ار اف دارای ابعاد کوچکی هستند و نیاز به موتورخانه، برج‌ خنک کننده و غیره ندارند. اما در سیستم چیلر این عمل امکان پذیر نیست.
5. محدودیت‌های لوله کشی در سیستم‌های وی ار اف بسیار بیشتر از چیلر می‌باشد.
6. سیستم‌های وی ار اف وزن کمی دارند و حمل و نقل آن‌ها نسبت به چیلر‌ها بسیار راحت‌تر می‌باشد.

تفاوت سیستم وی ار اف با مولتی V

سیستم‌های مولتی V با ظرفیت‌هایی پایین‌تر از سیستم‌های VRF هستند که سیکل تبرید آن‌ها مشابه با سیکل تبرید تراکمی است. این نوع سیستم علاوه بر داشتن کمپرسور اینورتر قابلیت اتصال به سیستم تامین هوای تازه را دارد.

ضریب عملکرد COP این سیستم حدود ۵ می‌باشد که مقدار بسیار مناسب برای سیستم‌های تهویه مطبوع است.

تفاوت داکت اسپیلیت با VRF

1. هزینه‌ی نصب و اجرای سیستم‌های داکت اسپیلیت کمتر از هزینه‌ی نصب و اجرای سیستم وی ار اف است.
2. هزینه‌ی اولیه‌‌ی دستکاه داکت اسپیلیت نسبت به سیستم‌های وی ار اف کمتر می‌باشد.
3. مصرف برق سیستم‌های وی ار اف کمتر از سیستم‌های داکت اسپیلیت می‌باشد.
4. در سیستم‌های وی ار اف به دلیل مستقل بودن فضاها این امکان وجود دارد که پانل مربوط به هر فضا به صورت جداگانه‌ای روشن و خاموش شود، ولی در سیستم داکت اسپیلیت این امکان وجود ندارد.
5. استفاده از سیستم‌های وی ار اف موجب کاهش تعداد پانل‌های خارجی و زیباتر شدن ساختمان می‌شود.
6. سیستم‌های وی ار اف قابلیت لوله کشی در طول و ارتفاع‌های بالا را دارا می‌باشد در حالی که این میزان در سیستم‌های داکت اسپیلیت محدود است.

نحوه‌ی عملکرد سیستم VRF

تکنولوژی VRF بر پایه‌ی سیکل تراکمی ساده‌ی بخار کار می‌کند. در واقع سیستم‌های VRF دارای سیکل مشابه با سیستم‌های سنتی DX همچون کولر‌های گازی هستند با این تفاوت که این توانایی‌ها را به ما می‌دهند تا به صورت مستمر میزان جریان گاز ورودی به پانل‌های داخلی متفاوت را مطابق با نیاز‌های سرمایشی و گرمایشی هر بخش از ساختمان تنظیم کند.

در واکنش به تغییر نیاز‌های سرمایشی و گرمایشی فضاهای تهویه شده، جریان مبرد پانل داخلی توسط یک پالس از شیر انبساط الکتریکی که با کمپرسور‌های اینورتر دستگاه در ارتباط است تنظیم می‌شود.

در کل، در سیکل سیستم‌های تهویه VRF مبرد در پانل داخلی گرما را از فضای مورد نظر داخلی گرفته و تبخیر می‌شود که این امر موجب خنک شدن فضای مورد نظر داخلی می‌شود. پس از آن مبرد گرم شده به پانل خارجی رفته و گرمای خود را در کندانسور به محیط بیرونی انتقال می‌دهد.

انواع سیستم‌های VRF

سیستم‌های VRF در انواع فقط سرد، پمپ گرمایشی هیت پمپ و بازیافت گرمایشی هیت ریکاوری تولید می‌شود. البته امروزه تولیدکنندگان دیگر نوع فقط سرد را تولید نمی‌کنند.

VRF در حالت گرمایش

عملکرد حالت گرمایش در سیستم وی آر اف مشابه با سیستم‌های اسپیلیت و کولر گازی بوده که به وسیله‌ی یک شیر انبساط معکوس کننده چهار طرفه می‌توان حالت سیکل را معکوس کرد.

با اعمال این اتفاق، سیستم گرما را از محیط بیرونی گرفته و برای افزایش دمای فضای داخلی از آن استفاده می کند.

به عبارت دیگر، در این حالت پانل داخلی (اواپراتور) در نقش کندانسور بوده و مبدل حرارتی واقع در پانل خارجی، نقش اواپراتو را دارد.

در حالت گرمایشی پانل‌های داخلی با مبرد گاز گرم تغذیه‌ می‌شود که با ورود گاز گرم به پانل داخلی، گرمای خود را به محل می‌دهد و با از دست دادن گرما تغییر فاز داده و میعان می‌شود. به این قضیه  Heat Pump می‌گویند.

حالت عملکرد بازیافت گرمایشی (Heat Recovery)

سیستم‌های VRF-HR توانایی این را دارند که به طور همزمان در حالت گرمایش و سرمایش کار کنند. در واقع گرما به جای آن که همانند سیسیتم‌های پمپ گرمایی به کندانسور برگردد، استفاده می‌شود.

در سیستم‌های بازیافت گرمایشی یک پانل داخلی می‌تواند در حالت گرمایش کار کند و همزمان پانل داخلی دیگر در حالت گرمایش کار کند، در این صورت از گاز گرم شده‌ای که از پانلی داخلی که در حالت سرمایش بوده است بر میگردد به سمت پانل داخلی دیگری که درر حالت گرمایش کار می‌کند، فرستاده می‌شود.

علت نیاز به سیستم های VRF

کولر‌های گازی اولین نسل از سیستم‌های انبساط مستقیم می‌باشد که یک پانل داخلی به یک پانل خارجی متصل می‌شود.

بعد از اسپیلیت‌ها، سیستم‌های مولتی اسپیلیت وارد کار شدند که این سیستم امکان اتصال چند پانل داخلی را به یک پانل خارجی فراهم می نماید. اما سیستم‌های مولتی اسپیلیت دارای مشکلاتی از جمله محدویت در ظرفیت، محدودیت شدید در طول و ارتفاع لوله‌کشی، محدودیت در تعداد پانل‌های داخلی که می‌تواند به یک پانل خارجی متصل شود، همچنین توزیع مبرد در این سیستم‌ها با اشکالات فراوانی همراه است.

سیستم‌های وی ار اف نسل جدید سیستم‌های مولتی اسپیلیت هستند که با ارتقا تکنولوژی، وارد بازار شدند. بر خلاف سیستم‌های مولتی اسپیلیت، این سیستم‌ها دارای پانل‌های خارجی با ظرفیت حداکثر ۳۰۰ هزار BTU بر ساعت می‌باشد که این پانل‌ها می‌توانند با یکدیگر کوپل شوند.

در این سیستم از کمپرسور‌های اینورتر استفاده می‌شود که می‌تواند تعداد زیادی از پانل‌های داخلی را ساپورت کند.

این سیستم دارای گستره‌ی بسیار وسیع‌تری در طول و ارتفاع لوله‌کشی نسبت به سیستم‌های دیگر دارد.

در این سیستم امکان تزریق جریان مبرد متغیر به پانل‌های داخلی توسط شیر انبساط الکتریکی فراهم شده است.

در هنگام خرید سیستم VRF به چه نکاتی باید توجه کنیم؟

در سیستم‌های وی ار اف به این دلیل که از دو بخش اصلی پانل‌های داخلی و خارجی تشکیل شده اند، آشنایی با هریک از این بخش‌ها و کاربرد‌های آن‌ها موجب دستیابی به طراحی اقتصادی زیبا و بی‌نقص بودن سیستم‌های وی ار اف می‌باشد.

از این رو، جهت خرید این دستگاه آشنایی با هریک از موارد فوق الزامی می‌باشد.

انواع پانل‌های داخلی و خارجی

پانل‌های داخلی

از آن‌جایی که پانل‌های داخلی در داخل فضاهای مسکونی تجاری و اداری نصب می‌شوند، در نتیجه تطبیق آن‌ها با معماری فضا نقش بسیار مهمی دارد.

انواع پانل داخلی

• پانل داخلی دیواری
• پانل داخلی کاستی
• پانل داخلی داکتی (کانالی)
• پانل‌های داخلی سقفی و زمینی
• پانل‌های داخلی تامین هوای تازه
• پانل‌های داخلی هواکش بازیابی انرژی

پانل‌های خارجی

پانل‌های خارجی سیستم‌های وی ار اف در کاربرد‌ها و مکان‌های مختلف در اشکال گوناگونی ساخته می‌شوند که انواع آن شامل موارد زیر می باشد.

انواع پانل خارجی

• پانل‌های خارجی کوچک مینی وی ار اف
• پانل‌های خارجی استاندارد
• پانل‌های خارجی تروپیکال

لوله کشی وی آر اف

 

در سیستم‌های وی ار اف تنها دو خط لوله‌ی اصلی (خط گاز و خط مایع) ازپانل خارجی،‌ خارج شده و به وسیله‌ی اتصالاتی به هر یک از پانل‌های داخلی انشعاب داده می‌شود.

جنس لوله‌های سیستم وی ار اف همانند سیستم‌های دیگر مثل کولرگازی و اسپیلیت مسی بوده که باید با عایق مناسب و استاندارد، ایزوله شود.

مصرف برق سیستم VRF

مصرف انرژی الکتریکی در مقایسه با داکت اسپیلیت و چیلر سیستم وی ار اف مصرف انرژی الکتریکی تقریبا یکسانی با سیستم چیلر دارد اما این مسئله را نیز باید در نظر داشت زمانی که در مورد مصرف برق چیلر صحبت می‌کنیم تمامی تجهیزات از جمله برج خنک کننده، پمپ‌های سیرکولاسیون و … را نیز در نظر بگیریم.

در مقایسه با تفاوت مصرف انرژی الکتریکی وی ار اف و داکت اسپیلیت نیز سیستم وی ار اف هزینه‌ی برق کمتری نسبت به داکت اسپیلیت دارد اما به دلیل متغیر بودن جریان مبرد در سیستم‌های وی ار اف، امکان اندازه‌گیری دقیق مصرف انرژی وجود ندارد. اما در کل میزان مصرف برق دستگاه‌های وی آر اف حدود ۶۰ درصد مصرف دستگاه‌های داکت اسپیلیت می‌باشد.

اجرا و نصب سیستم‌های VRF

پس از انتخاب و طراحی پانل‌های داخلی و خارجی، نوبت به اجرا و نصب سیستم‌ وی ار اف می‌شود.

کیفیت نصب و اجرا تاثیر بسیار زیادی در کارایی سیستم دارد؛ به طوری که این مرحله مهم تر از مرحله‌ی طراحی سیستم می‌باشد.

منظور از اجرای سیستم های وی ار اف، همان اتصال لوله‌های مسی به پانل داخلی و خارجی، اتصال کابل‌های قدرت و فرمان، شستشوی لوله‌ها با گاز ازت، تست فشار لوله‌ها با گاز ازت، وکیوم کردن لوله‌های مسی، تنظیم دستگاه جهت کارکرد، تست و راه اندازی دستگاه می‌باشد.

مزایا و معایب سیستم VRF

مزایا سیستم VRF

• انواع اشکال پانل‌های داخلی می‌تواند به یک پانل خارجی متصل شود.
• امکان کوپل کردن پانل‌های خارجی
• سیستم‌های VRF مانند سیستم‌های دیگر مثل پکیج پشت بامی داکت اسپیلیت و غیره می‌تواند حتی زمانی که پروژه کامل نشده است و ساختمان در حال ساخت می‌باشد، راه اندازی شود.
• امکان استفاده از سیستم‌های کنترلی پیشرفته
• سیستم‌های VRF فضای کمتری برای پانل خارجی نیاز دارند.
• به دلیل کم وزن بودن پانل‌های خارجی سیستم VRF جا‌به‌جایی آن‌ها در پشت بام راحت است.
• پانل‌های خارجی در ظرفیت‌های متناوب جهت فضاهای مختلف موجود می‌باشد که این امکان را به ما می‌دهد که بتوان آن‌ها را درجاهای مختلف مانند بالکن و پشت‌بام نصب نمود.

معایب سیستم VRF

• محدودیت لوله‌کشی در سیستم‌های VRF بسیار بیشتر از چیلر‌ها می‌باشد.
• در سیستم‌های وی آر اف به علت گردش مبرد‌های فریون در ساختمان در صورت نشت، موجب بروز مشکلاتی تنفسی و زیست محیطی می‌گردد.
• قادر به تعمیر هوای تازه در حجم بالا نمی‌باشد.
• سیستم‌های وی ار اف برای فضاهای با ظرفیت زیر ۳۰۰ تن پیشنهاد خوبی محسوب می‌شود.
• هزینه‌ی بالا

 

منابع: 

Goetzler William April 2007 Variable refrigerant flow Systems ASHRAE journal

Ashrae handbook 2012

مهندسی‌ تهویه‌مطبوع‌ و حرارت‌مرکزی‌: تالیف‌دکتر‌ محمد‌ مقیمان