سیستم VRF برگرفته از سر کلمات (Variable Refrigerant Flow) یک تکنولوژی معتبر که با تکیه بر فناوری روز امکان به حداقل رساندن تلفات و هدررفت انرژی را در کنار افزایش بازدهی سیستم، در اختیار شما قرار خواهد داد. در ادامه با لوگرانو همراه باشید تا به جزییات معرفی سیستم VRF بپردازیم.
کشور ژاپن به عنوان نخستین سازنده و استفاده کننده سیستمهای جریان مبرد متغیر VRF است که اکنون بیش از سه دهه از زمان استفاده از این سیستم در صنعت تبرید آنها می‌گذرد. بیش از ۵۰ درصد از ساختمان‌های اداری و ۳۳ درصد از ساختمان‌های تجاری در ژاپن از سامانه‌های VRF استفاده می‌کنند.
در سالهای اخیر نیز در سراسر جهان، طراحان سیستمهای تهویه مطبوع که پیش از این پمپ‌های حرارتی منبع آبی، سیستمهای هیدرونیک، واحدهای ترمینالی یکپارچه، واحدهای انبساط مستقیم (DX) پشت بامی و سایر سیستمهای تمام هوا استفاده می‌کردند، در حال حاضر نیم‌نگاهی به سیستم VRF نیز دارند و در پروژه‌های مختلف در تمام جهان از این سامانه استفاده می‌شود.
باید اشاره کنیم که در چند سال اخیر، علاوه بر کشورهای قاره آسیا و اروپا، در ایالات متحده نیز استقبال از سیستمهای VRF به طرز بی سابقه‌ای رشد داشته است. به طوری که در این کشور هرساله ده‌ها هـزار تن ظرفیت سرمایشی موردنیاز سـاختمان‌ها بـا استفاده از این نوع سیستمها تامین می‌شود، البته بازار این سیستمها هنوز هم در مقایسه با بازار فروش چیلرها بسیار محدود است. تا به امروز نیز چندین شرکت اقدام به طراحی و تولید این نوع سیستمها در ایالات متحده کرده‌اند.
استقبال یا عدم استقبال از سیستمهای VRF را میتوان از چند منظر مورد بررسی قرار داد:
- تفاوت‌های موجود در زمینه طراحی و تولید سیستمها
- سابقه زیاد چیلرها و سیستمهای انبسـاط مستقیم کانالی (این عامل به ویژه در ایالات متحده بیشـتر از کشورهای اروپایی مشهود است. چرا که در کشورهای اروپایی تا چند دهه گذشته نیز بسیاری از خانه‌ها مجهز به سیستم تهویه مطبوع نبودند.)
- تفاوت‌های موجود در قوانین و آیین‌نامه‌های محلی (بــرای مثال در کشـور ژاپـن قوانینی جاری اسـت که استفاده از چیلرهای الکتریکی را محدود می‌کند.)
- سیستم VRF برای اولین بار توسط شرکت‌های آسیایی طراحی و تولیـد شد. بنابراین بـه دلیل توان تبلیغاتی محدود و نبود امکانات کافی برای صادر کردن این فناوری به دیگر کشورها، تا سـال‌های اخیر خبری از این نوع سیستمها در کشورهایی مانند آمریکا نبود.
همچنین نبود قطعات یدکی، دسترسی به متخصصین شرکت‌های تولید کننده دستگاه و نگرانی کارفرمایان در زمینه تعمیر و نگهداری از این سیستمها را نیز میتوان از دیگر دلایل استقبال محدود از این سیستمها در نظر گرفت.
سیستم VRF چیست؟
بسیاری از متخصصان تهویه مطبوع به اندازه کافی با سیستمهای تهویه مطبوع دوتکه بدون کانال آشنایی دارند. البته این نوع سیستمها گاهی در انواع چندتکه و به همراه چند اواپراتور داخلی متصل به یک واحد تقطیر خارجی (Condensing unit) نیز به کار گرفته می‌شوند. سیستمهای تهویه مطبوع بدون کانال، اساسا با سیستمهای کانالی تفاوت دارند.
در سیستمهای بدون کانال با گردش مبرد در داخـل اواپراتوری که داخل فضای تهویه شده یا نزدیک به آن قرار دارد، گرما به محیط داده شده یا از آن گرفته می‌شود. اما در سیستمهای کانالی، انتقال حرارت از هوای اتاق به مبرد سیسـتم تهویه مطبوع از طریق گردش هوا داخل شبکه کانال یا گردش آب (برای چیلرها) در سیستم لوله‌کشی ساختمان صورت می‌گیرد.
سیستم VRF نیز در واقع نوعی از سیستمهای تهویه مطبوع چندتکه بدون کانال هسـتند که قابلیت‌های مضاعفی را نیز به همراه دارند. ساختار سیستمهای VRF کمی پیچیده‌تر است و این سیستمها قابلیت اتصال بـه واحدهای فن کویل کانالی را نیز دارند. سامانه VRF به طور ذاتی از سیستمهای تهویه مطبوع (HVAC) چندتکه، پیچیده‌تر بوده و مجهز به چند کمپرسور و چند اواپراتور هستند.
در سیستم VRF، کمپرسور قادر خواهد بود تا تنها مبرد مورد نیاز برای خنک کردن یا گرم کردن یک منطقه یا مناطق خاص را فراهم کند. درواقع کمپرسور می‌تواند نیازهای دقیق هر منطقه را تشخیص دهد و مقدار دقیق مبرد مورد نیاز را ارسال کند.
سیستم کنترل آنها نیز از سیستم کنترل واحدهای تهویه مطبوع چندتکه پیچیده‌تر است. ضمن آنکه با استفاده از سیستمهای VRF امکان تامین تهویـه موردنیاز ساختمان نیز وجود ندارد. بنابراین به کارگیری یک سیستم تهویه (Ventilation system) در کنار این سیستمها ضروری است. علت نامگذاری این سیسـتم‌ها تحـت عنوان «سیستمهای با جریان مبرد متغیر» یا «سیسـتم‌های «VRF» نیز آن اسـت که این سیستمها قابلیت کنترل مقدار مبرد عبوری از هر اواپراتور را دارند.
کنترل مقدار مبرد عبوری از هر اواپراتور ویژگی منحصر به فرد سیستمهای VRF به شمار میرود که با استفاده از آن میتوان تعداد زیادی اواپراتور با ظرفیت‌ها و ساختارهای مختلف را به طور همزمان برای تامین سرمایش و گرمایش مناطق مختلف با رعایت امکان کنترل مستقل و منطقه‌ای شرایط داخلی اتاق به کار گرفت.
مزیت اصلی سیستمهای جریان مبرد متغیر (VRF) قابلیت پاسخ گویی به تغییرات در وضعیت بار موردنظر است.
در این سیسـتم‌ها امکان بازیابی گرما (Heat Recovery) از یک منطقه به منطقه دیگر نیز وجود دارد که این مشخصه نقش چشمگیری در کاهش انرژی مصرفی سیستم خواهد داشـت. سیستم کنترل جریان مبرد در واقع قلب سیستمهای VRF است و بسیاری از چالش‌های فنی و در عین حال مزایای منحصربفرد این سیستمها نیز وابسته به همین بخش است.
قیمت سیستم VRF
هزینه اولیه نصب سیستمهای VRF نیز درست همانند هزینه نصب سیستمهای آب سرد به شدت متغیر بوده و به عواملی مختلفی وابسته است. هزینه نصب سیستمهای VRF معمولا بین ۵ تا ۲۰درصد بیشتر از هزینه نصب سیستمهای آب سرد با همان ظرفیت است. البته همانطور که گفته شد، هزینه اجرای سیستم VRF اساسا به شرایط پروژه وابسته است.
برای مثال در یک ساختمان اداری با زیربنای (۱۰۰۰۰۰ft (9300m واقع در کشور برزیل، قیمت VRF بین پانزده تا بیست و دو درصد بیشتر از هزینه نصب سیستم آب سرد معادل با آن تمام شد. البته باید به این مسئله نیز اشاره کرد که بخش عمده این هزینه به دلیل تعرفه بالای واردات سیستمهای VRF در این کشور بوده است.
به عنوان نمونه‌ای دیگر، در یکی از هتل‌های کشور آلمان با زیربنای ۴۳۰۰۰ft (4000m)، هزینه سیستم VRF تقریبا برابر با هزینه نصب چیلر اسکرو هوایی به اتمام رسید. هزینه تجهیزات در ایالات متحده نیز تقریبا مشابه با کشورهای اروپایی است. البته در حال حاضر، اکثر پیمانکاران به دلیل عدم آشنایی با سیستمهای VRF، ترجیح می‌دهند در مناقصه‌های دیگری شرکت کنند که حتی گاهی هزینه بالاتری را برای آنها به همراه دارد.
بنابراین پیش بینی می‌شود با افزایش دانش فنی و آشنایی متخصصان با این نوع سیستمها، هزینه نصب آنها نیز تعدیل شود. مقایسه یک سیستم VRF با ظرفیت (۲۰۰ton (700kW با چیلرهای آبی و هوایی در کشور آمریکا نیز حاکی از آن بوده است که هزینه اولیه سیستمهای VRF به اندازه پنج تا بیست درصد بیشتر بوده است. البته این رقم بیش از آنکه مبتنی بر مقادیر واقعی باشد، براساس آمار و ارقام پیش بینی شده ارائه شده است.
تمامی برآوردهای صورت گرفته برای ساختمان‌های نوساز نیز صادق است. تعویض یک واحد هوارسان و چیلر قدیمی با یک هوارسان و چیلر جدید به مراتب ارزانتر از تعویض آنها با یک سیستم VRF و یک سیستم تهویه خواهد بود. مهم‌ترین ملاحظاتی که بر هزینه سیستمهای VRF تاثیر می‌گذارد، نیاز به لوله‌کشی جدید برای مبرد است، در حالی که در صورت استفاده از هوارسان و چیلر میتوان از همان لوله کشی قدیمی آب نیز استفاده کرد.
به طور خلاصه، در حال حاضر در اکثر مناطق جهان، هزینه تمام شده یک سیستم VRF بیش از چیلر خواهد بود. در برخی موارد، به ویژه در کاربردهایی که استفاده از چیلرها به دلیل مسائلی مانند نبود فضای دسترسی، نیاز به تخریب عمده ساختمان یا خرابی سیستم لوله کشی آب و عدم امکان بازسازی و تعمیر آن مشکل ساز است، میتوان سیستمهای VRF را با هزینه کمتری نصب نمود. به استثنای موارد یاد شده، هزینه نصب سیستم VRF معمولا بیش از هزینه سایر سیستمها خواهد بود.
چرا سیستم VRF؟
مزایای سیستم VRF
سیستمهای VRF از برخی قابلیت‌های کلیدی و منحصربه‌فرد برخوردار هستند که میتوان این مزایا را در زمینه‌های زیر مورد بررسی قرار داد:
- نصب سیستم VRF
- انعطاف پذیری در طراحی
- راه اندازی اولیه و نگهداری از سیستم
- تامین شرایط آسایش کاربران
- مصرف انرژی و بازده
-
نصب سیستم VRF
اغلب اوقات برای نصب چیلرها استفاده از جرثقیل اجتناب ناپذیر است، در حالی که سیستمهای VRF مدولار بوده و وزن کمی دارند. به طوری که در این سیستمها میتوان هر مدول را به راحتی تا محل نصب حمل نمود و آن را با استفاده از آسانسور ساختمان بالا و پایین برد. ضمن آنکه در این سیستمها میتوان با کنار هم قرار دادن چند مدول، به ظرفیت‌های سرمایشی بالا نیز دست پیدا کرد.
ساختار سیستمهای VRF به گونه‌ای است که هر مدول (هر مجموعه دوتایی از مدول‌ها) یک چرخه تبرید مستقل و کامل را تشکیل می‌دهند، اما این مدول‌ها همگی تحت فرمان یک سیستم کنترل مرکزی و واحد کار می‌کنند. مدولار بودن این سیستمها قابلیت‌های دیگری مانند کنترل مرحله‌ای و کنترل منطقه به منطقه را نیز به همراه دارد. برای مثال در صورتی که بخشی از یک ساختمان بزرگ خالی از سکنه باشد، میتوان از سیستمهای VRF همانند سیستمهای حجم متغیر خودکفا تنها برای تامین سرمایش آن بخش‌هایی که افراد در آنها حضور دارند استفاده کرد.
همچنین وزن نسبتا کم سیستمهای VRF موجب می‌شود تا امکان استفاده از آنها بدون به کارگیری ملاحظات سازهای خاص و استفاده از تقویتی‌ها نیز وجود داشته باشد. در صورت استفاده از این سیستمها، شبکه کانال تنها برای سیستم تهویه موردنیاز خواهد بود. به این ترتیب ابعاد شبکه کانال موردنیاز در مقایسه با سیستمهای کانالی استاندارد کاهش می‌یابد که علاوه بر فراهم سازی امکان کاهش ارتفاع کف تا سقف، موجب کاهش هزینه‌ها نیز خواهد شد.
در مواردی که ساختمان مجهز به پنجره است و امکان تامین تهویه مورد نیاز آن به این شیوه وجود دارد، می توان از سیستمهای VRF بدون سیستم تهویه نیز بهره گرفت. این شیوه مخصوصا برای ساختمان‌های تاریخی بازسازی شده بسیار مناسب خواهد بود. در نهایت، به دلیل آنکه واحدهای تقطیر معمولا در خارج از ساختمان نصب می‌شوند، در صورت استفاده از سیستمهای VRF نیازی به در نظر گرفتن اتاق تاسیسات مکانیکی در داخل ساختمان نخواهد بود.
سیستم وی آر اف برای به حداقل رساندن یا حذف استفاده از کانال کشی طراحی شده است.
-
انعطاف‌پذیری در طراحی
ساختار سیستمهای VRF به گونه ای است که در آنها میتوان یک واحد تقطیر را به تعداد زیادی واحد داخلی با ظرفیت مختلف یا ساختار مختلف (سقفی توکاری، دیواری یا کابینتی) متصل و بکار گرفت.
مدولار بودن این سیستمها امکان توسعه یا تغییر ساختار فضا را نیز به میزان زیادی تسهیل می‌نماید. به این صورت میتوان ظرفیت اضافی موردنیاز واحدهای مختلف را به سادگی تامین کرد.
-
راه اندازی اولیه و نگهداری
در سالهای اخیر، ساختار سیستمهای VRF استاندارد مجهز به کنترل کننده‌های الکترونیکی و پیچیده به سمتی سوق داده شده است که در آینده‌ای نزدیک امکان راه‌اندازی آنها به صورت PNP (Plug and Play) نیز وجود خواهد داشت.
از آنجا که سیستمهای VRF نیز در گروه سیستمهای انبساط مستقیم جای می‌گیرند، هزینه نگهداری آنها در مقایسه با چیلرهای آبی کمتر خواهد بود. ضمن آنکه در این سیستمها با چالش‌هایی مانند تصفیه آب نیز روبه رو نخواهیم بود. فرآیند نگهداری متداول از سیستمهای VRF دقیقا مشابه با آن چیزی است که باید برای سیستمهای انبساط مستقیم معمولی (شامل تعویض فیلترها و تمیز کردن کویل‌ها) در پیش گرفته شود.
عمر مفید چیلرها را معمولا بین بیست تا سی سال پیش بینی می‌کنند و از این بابت، عمر مفید سیستمهای VRF کمتر است. تعداد زیاد کمپرسورهای مورد استفاده در سیستمهای VRF نیز احتمال خرابی آنها را افزایش میدهد. البته این مشخصه از دیدگاهی دیگر یک حسن نیز به شمار میرود. چرا که در صورت خرابی تعدادی از کمپرسورها، میتوان در حین تعمیر کمپرسورهای معیوب، بخشی از ظرفیت موردنیاز سیستم را با استفاده از سایر کمپرسورها تامین نمود.
-
تامین شرایط آسایش کاربران
با استفاده از سیستمهای VRF امکان تامین شرایط آسایش تعداد زیادی از مناطق ساختمان هر یک با نقطه تنظیم منحصر به فرد وجود خواهد داشت. از آنجا که در سیستمهای VRF از کمپرسورهای سرعت متغیر با قابلیت تنظیم ظرفیت استفاده می‌شود، میتوان دمای هر یک از مناطق اتاق را با دقت بالا تامین نمود.
-
مصرف انرژی و بازده
بازده مناسب سیستمهای VRF به عوامل مختلفی وابسته است. همان طور که گفته شد، سیستمهای VRF از نوع سیستمهای بدون کانال هستند، بنابراین در این سیستمها با اتلاف حرارتی شبکه کانال که معمولا ده تا بیست درصد از اتلاف حرارتی کل در سیستمهای کانالی را به خود اختصاص میدهد روبه رو نخواهیم بود.
سیستمهای VRF معمولا متشکل از دو یا سه کمپرسور هستند که حداقل یکی از آنها از نوع سرعت متغیر (Variable Speed) است. به این ترتیب امکان تنظیم ظرفیت سیستم در گستره وسیعی وجود خواهد داشت. این مشخصه موجب بهبود بازدهی سیستم تحت شرایط بار جزئی و بهبود بازده انرژی فصلی SEE (Seasonal Energy Efficiency) می‌شود؛ چرا که به طور معمول سیستمهای تهویه مطبوع در اکثر ساعات کارکرد در محدوده ظرفیت ۴۰ تا ۸۰ درصد کار می‌کنند.
ارزیابی بازده سیستمهای VRF بر مبنای نسبت بازده انرژی (Energy Efficiency Ratio) EER قابل قبول نخواهد بود. ضمن آن که برای مقایسه کمی و دقیق عملکرد این سیستمها باید تمامی اطلاعات و داده‌های مهندسی مورد بازنگری قرار گیرد. در ساختمان‌هایی که سرمایش و گرمایش به طور همزمان موردنیاز است، امکان استفاده از سیستمهای VRF مجهز به واحد بازیابی گرما نیز وجود دارد.
در این سیستمها مبرد بین مناطق مختلف در جریان بوده و گرما را از واحدهای داخلی مستقر در مناطق گرم دریافت و آن را به واحدهای داخلی مستقر در مناطق سرد منتقل می‌کند. هر یک از سازندگان، طراحی سیستمهای خود را به روش خاصی انجام می‌دهند. اما اغلب اوقات در سیستمهای VRF از سیستمهای سه لوله‌ای (شامل خط مایع، مکش و دهش) به همراه شیرآلات موردنیاز استفاده می‌شود.
به طور معمول برای انتقال گرمای دفع شده از مناطق نیازمند سرمایش به مناطق نیازمند گرمایش در محفظه های توزیع از تعدادی مبدل حرارتی اضافی نیز استفاده می‌شود.
مدولار بودن سیستمهای VRF همچنین اندازه‌گیری برق مصرفی به صورت موردی را نیز فراهم می‌آورد. به این ترتیب که در این سیستمها میتوان کنتورهای برق را به سادگی در محل یک یا چند واحد تقطیر نصب نمود و از آنها برای اندازه‌گیری دقیق مقدار برق مصرفی بهره گرفت. استفاده از این روش به ویژه برای ساختمان‌های چند خانواری نتیجه مطلوب‌تری را به همراه دارد.
به این ترتیب هر خانوار مسئول پرداخت هزینه برق مصرفی خود خواهد بود و در نتیجه انگیزه برای صرفه جویی در مصرف انرژی بیشتر می‌شود. در حالیکه اگر هزینه برق مصرفی بخشی از هزینه‌های کلی ساختمان باشد، افراد معمولا انگیزه کافی برای صرفه جویی را ندارند.
-
مصرف انرژی
انرژی مصرفی سیستمهای VRF نیز درست همانند هزینه اولیه آنها به عوامل مختلفی بستگی دارد. شبیه سازی‌های صورت گرفته و آزمایش‌های محلی اساسا تحت تاثیر عواملی مانند شرایط آب و هوایی یا انتخاب سیستمهای مبنا برای مقایسه قرار دارد و به صورت پیش فرض قابل تعیین نخواهد بود.
برای مثال در یک مقاله به سیستم VRF نصب شده در یک ساختمان دولتی اشاره شده که بسیاری از قسمت‌های آن در ساعات زیادی از روز بلااستفاده بوده است. در یک سمت این ساختمان از سیستم VAV پشت بامی و در سمت دیگری آن از یک سیستم VRF استفاده می‌شد. مصرف انرژی سیستم VRF تقریبا به اندازه سی و هشت درصد از مصرف انرژی سیستم VAV کمتر بود.
البته در این مقاله، سایر جزئیات شامل بازده سیستم مبنا منتشر نشده بود. همچنین باید توجه داشت امکان استفاده از نتایج حاصل از شبیه سازی‌ها برای برآورد دقیق بازده سیستمهای VRF نیز به دلیل عوامل متعدد مرتبط و محدودیت‌های موجود در زمینه ابزارهای شبیه سازی مورد سوال بوده و با محدودیت‌هایی همراه است.
شبیه سازی ساعتی از یک سیستم VRF به ظرفیت (۱۸۹۲kW) 538ton برای یک دوره یک ساله توسط نرم افزارهای استاندارد شبیه سازی انرژی و مقایسه آن با عملکرد چیلرهای اسکرو و گریز از مرکز، نشان دهنده بازده سیستم VRF نسبت به سایر سیستمها بیشتر بوده است. صرفه جویی در مصرف انرژی برای تامین ظرفیت سرمایشی موردنیاز در کشوری ماند برزیل با شرایط آب و هوایی معتدل تقریبا به اندازه ۳۰درصد بوده است.
در یک بررسی دیگر، بازده سیستم VRF با ظرفیت (۷۰۰kW) 200ton با چیلر اسکروی هوایی و چیلر آبی با استفاده از روش شبیه سازی انرژی مورد مقایسه قرار گرفته است. در این بررسی، سیستم VRF با مبرد R-410a بیشترین بازدهی را داشت که صرفه جویی حاصل از آن بین ۳۰ تا ۴۰ درصد بود. در حالی که استفاده از سیستم VRF با مبرد ۲۲-R صرفه جویی قابل توجهی نسبت به چیلرها نداشت.
مقالات مرتبط:
صرفه جویی ایجاد شده به واسطه استفاده از سیستم VRF اساسا به دلیل بازدهی بالای این سیستمها تحت بار جزئی است. افزایش بازده سیستمهای جدید VRF در مقایسه با نمونه‌های قدیمی‌تر نیز به دلیل تغییرات صورت گرفته در قطعات و اجزایی مانند فن‌ها و کمپرسورهای سرعت متغیر و استفاده از موتورهای ECM در این سیستمها است. بازده چیلر تنها زمانی بیش از بازده سیستم VRF خواهد بود که بار سیستم بیش از ۹۰درصد باشد.
این در حالی است که ۸۰ درصد زمان کارکرد چیلرها مربوط به زمانی است که سیستم تحت بار جزئی بین ۴۵ تا ۸۰درصد است. البته امروزه استفاده از کمپرسورهای سرعت متغیر در چیلرها نیز رواج پیدا کرده است، ولی اجزای دیگری مانند پمپ‌ها هنوز هم به صورت تک سرعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کاربرد سیستم VRF
سیستمهای VRF معمولا در کاربردهایی مانند ساختمان‌های اداری، بیمارستان‌ها یا هتل‌ها که با مناطق متعدد و پراکنده‌ای روبه رو هستیم بهترین گزینه به شمار می‌روند. با استفاده از این سیستمها میتوان کنترل شرایط هر یک از مناطق را به صورت مستقل در دست گرفت. البته برای ساختمان‌های بزرگ با تعداد طبقات کم مانند فروشگاه‌های زنجیره‌ای، سیستمهای VRF مزیتی نسبت به سیستمهای تهویه مطبوع پشت بامی ندارند.
اگرچه پمپ‌های حرارتی VRF در دمای محیط -۱۸C درجه نیز قابل استفاده هستند و بازده آنها مانند تمامی پمپ‌های حرارتی با کاهش دمای محیط کاهش می‌یابد. لذا این نوع پمپ‌های حرارتی در مناطق با شرایط آب و هوایی بسیار سرد، در مقایسه با سیستمهای گرمایشی گازسوز بازده مناسبی ندارند.
پذیرش سیستمهای VRF در بازار
مطالعات پیشین، تحقیقات جدید و بررسی‌های متمرکز صورت گرفته بین مهندسان، پیمانکاران و کارفرمایان بیانگر آن بوده است که به کارگیری سیستمهای VRF در برخی مناطق جهان مانند کشور آمریکا، با چالش‌های مختلفی همراه بوده است. البته در سالهای اخیر با کسب دانش فنی مورد نیاز و ارایه آموزش‌های مناسب به متخصصان، تلاش‌های بسیاری برای غلبه کردن بر این موانع صورت گرفته و بسیاری از چالش‌های فنی مرتبط با این سیستمها نیز در سالهای اخیر برطرف شده است. عوامل موثر بر پذیرش یا عدم پذیرش این سیستمها در بازار را میتوان از جنبه‌های مختلفی مورد بررسی قرار داد:
- عدم آگاهی از مزایای این سیستمها و بازده مناسب آنها
- هزینه اولیه
- لوله‌کشی مبرد
- خدمات پس از فروش و حمایت تولیدکننده از مشتری
- آیین نامه‌ها و کدهای مربوطه (در ایالات متحده)
-
عدم آگاهی از مزایای این سیستمها و بازده مناسب آنها
اکثر متخصصان و مهندسان این صنعت برای ارزیابی بازده یک سیستم تنها به شاخص‌هایی مانند EER یا مقدار نامی kW/ton توجه دارند. بنابراین بسیاری از نکات ظریف مرتبط با سیستمهای VRF که در نهایت موجب صرفه جویی در مصرف انرژی می‌شود مانند کاهش اتلاف انرژی شبکه کانال، ساده بودن اندازه‌گیری برق مصرفی به صورت واحد به واحد و بازدهی بالای سیستمهای VRF تحت بار جزئی معمولا از دیدگان افراد پنهان می‌ماند.
در عمل معمولا بسیار بعید به نظر می‌رسد که طراح سیستم تهویه مطبوع زمان و حوصله کافی برای شبیه سازی انرژی ساختمان را داشته باشد. ضمن آنکه معیارهای مانند Energy Plus نیز برای سیستمهای VRF قابل استفاده نیست. علاوه بر آن، موسسه ARI(انجمن تهویه مطبوع و تبرید) نیز هنوز طرح مدون و قابل اجرایی را برای ارزیابی عملکرد سیستمهای VRF ارائه نکرده است.
-
هزینه اولیه راه‌اندازی سیستم VRF
در بسیاری از موارد، هزینه اولیه سیستم VRF بیش از هزینه اولیه سیستم آب سرد، پمپ حرارتی منبع آبی یا سیستم انبساط مستقیم پشت بامی است. کارفرمایان نیز اغلب حتی در صورت کوتاه بودن دوره بازگشت سرمایه، دید روشنی نسبت به این سیستمها نداشته و انگیزه چندانی برای پرداخت هزینه اولیه بالاتر برای آنها ندارند. استفاده از سیستمهای VRF در ساختمان‌های نوساز به لحاظ هزینه با سایر گزینه‌ها قابل رقابت خواهد بود، اما در ساختمان‌های قدیمی، تعویض واحد هوارسان و چیلر قدیمی با هوارسان و چیلر جدید به مراتب ارزانتر از یک سیستم VRF خواهد بود.
-
لوله کشی مبرد
یکی از چالش‌های پیش روی پیمانکاران، انشعاب‌های بلند لوله‌کشی مبرد در سیستمهای VRF است. به عقیده بسیاری از پیمانکاران، رعایت استاندارد ۱۵ ANSI/ASHRAE تحت عنوان «استاندارد ایمنی برای سیستمهای سرمایشی» در مورد سیستمهای VRF کمی دشوار است. خطوط تبرید بلند همچنین موجب افزایش احتمال نشت مبرد نیز می‌شود. ضمن آنکه در صورت بروز چنین مشکلاتی، به دلیل بلند بودن خط مبرد، پیدا کردن محل مسیر و اصلاح آن اغلب با مشکلات نشت فراوانی همراه است.
استاندارد ASHRAE15 برای سیستم VRF
استاندارد ASHRAE15 در ارتباط با استاندارد ایمنی برای سیستمهای تبرید است و تلاش می‌کند یک سیستم تبرید ایمن را تضمین کرده و حداکثر مقدار مبرد را پایین‌تر از حدی نگه دارد که در صورت نشت، برای ساکنان ساختمان خطرآفرین نباشد. گاهی اوقات این تصور غلط وجود دارد که استاندارد ASHRAE15 صرفا به تاسیسات سرمایشی بزرگ اختصاص دارد، اما در حقیقت این استاندارد تمامی سیستمهای تبرید مکانیکی مورد استفاده در کاربری‌های ثابت را تحت پوشش قرار میدهد.
همینطور که قبلا توضیح داده شد، ساختار سیستم VRF به گونه‌ای است که چندین اواپراتور توسط یک واحد کندانس مشترک و یک سیستم مشترک لوله‌کشی تامین می‌شوند. تولیدکنندگان اجزای سیستم VRF مدعی هستند که یک شبکه لوله‌کشی می‌تواند با بیش از (۳,۰۰۰ft (914m لوله‌کشی تبرید، بیش از چهل اواپراتور را تحت پوشش قرار دهد و همگی آنها به یک واحد کندانس متصل باشند.
در حالت معمول در صورت استفاده از یک سیستم انبساط مستقیم مجزا، هر اواپراتور یک واحد کندانس مستقل دارد که به سایر سیستمها متصل نیست و در نتیجه نشت مبرد از یک سیستم، تنها همان سیستم دچار مشکل می‌شود. اما در یک سیستم VRF، به علت مشترک بودن لوله‌کشی تبرید تمامی واحدها این احتمال وجود دارد که در صورت نشت ماده مبرد از لوله کشی سیستم تبرید، خطرات بیشتری متوجه افراد حاضر در ساختمان شود.
با وجود آنکه موارد یاد شده از جمله محدودیت‌های سیستمهای VRF به شمار می‌روند، ولی در صورت به کارگیری یک روش منطقی، امکان غلبه بر آنها نیز وجود خواهد داشت. در سیستمهای VRF برای تامین معیارها و ضوابط مطرح شده در استاندارد ۱۵ ASHRAE باید راهکارهایی مشابه با سیستمهای انبساط مستقیم در دستور کار قرار گیرد.
به منظور تامین ایمنی افراد حاضر در ساختمان در صورت نشت و تخلیه مبرد، مقدار کل شارژ مبرد در چرخه تبرید باید در محدوده مجاز تعیین شده در استاندارد مورد اشاره باشد. در عمل، شارژ مبرد چرخه تبرید یک سیستم (واحد تقطیر و واحدهای فن کویل) به استثنای مکان‌های نسبتا کوچک معمولا مشکل ساز نخواهد بود. در چنین مواردی، به عنوان یک راه حل میتوان از یک واحد فن کویل کانالی برای چند اتاق استفاده کرد.
به این ترتیب، برای ارزیابی سیستم از دیدگاه ایمنی باید فضای تمامی اتاق‌های تحت پوشش واحد فن کویل را در نظر گرفت. البته به این منظور میتوان از روشهای دیگری نیز استفاده کرد.
به حداقل رساندن نشتی در خط مبرد نیز یکی از ملاحظات مهم در سیستمهای VRF به شمار میرود. در همین راستا، تولیدکنندگان سیستمهای VRF محصولات و پروتکل‌های مختلفی را مورد استفاده قرار داده‌اند. به طور معمول، تمامی اتصالات در سیستمهای VRF از نوع جوش برنجی است. ضمن آنکه هیچ یک از اتصالات این سیستمها نباید از نوع اتصالات ماسوره‌ای باشد. کلکتورها و انشعاب‌ها نیز باید به صورت اختصاصی طراحی شوند.
آموزش‌هایی که در این زمینه به پیمانکاران داده می‌شود، مواردی مانند آزمایش مدارهای سیستم تحت فشار برای راه اندازی اولیه را شامل می‌شود. بلند بودن طول لوله‌کشی حلقه‌ها در سیستمهای VRF موجب می‌شود تا احتمال بروز مشکلاتی مانند بازگشت روغن افزایش یابد. بنابراین توجه به این نکته در هنگام طراحی این سیستمها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
به طور معمول، هر یک از کمپرسورها مجهز به تفکیک کننده روغن مخصوص به خود هستند که این ویژگی عملکرد سیستمهای VRF را به میزان قابل ملاحظه‌ای بهبود می‌بخشد. عملکرد سیستمهای VRF به گونه‌ای است که در هنگام باز بودن شیر انبساط ترموستاتیک، سیستم به وضعیت بازیابی مبرد رفته و کمپرسور با فشار بالا شروع به کار می‌کند. به این ترتیب روغن انباشته شده در نقاط مختلف سیستم به جریان در می‌آید.
-
خدمات پس از فروش و حمایت تولیدکننده از مشتری
سیستم VRF نخستین بار توسط شرکت‌های ژاپنی عرضه شده است. در گذشته، این شرکت‌ها فروش محدودی داشته و توانایی سرویس دهی در سطح گسترده را نداشتند.
اما امروزه تنها در ایالات متحده حداقل پنج شرکت به طور تخصصی در زمینه طراحی و ساخت این سیستمها فعال هستند. ضمن آنکه بسیاری از شرکت‌های وابسته تحت نظر تولیدکنندگان آمریکایی و ژاپنی نیز در حال شکل‌گیری هستند که تعداد آنها روز به روز در حال افزایش است. بنابراین روندی که در پیش گرفته شده است نگرانی درباره مسئله یاد شده را به میزان زیادی کاهش میدهد.
-
آیین نامه‌ها و کدهای مربوطه (در ایالات متحده)
در ژاپن و کشورهای اروپایی که سیستمهای VRF به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، کدها و آیین نامه‌هایی در راستای اهداف استاندارد ۱۵ ASHRAE و استاندارد ۶۲ ANSI/ASHRAE (استاندارد تهویه برای دستیابی به کیفیت هوای داخل قابل قبول) تدوین و منتشر شده‌اند که در حال حاضر نیز به اجرا درآمده‌اند. بنابراین به وضوح روشن است که در سایر کشورها نیز به فراخور نیاز امکان تدوین و انتشار این نوع کدها و آیین نامه‌ها وجود دارد.
نگاهی به آینده سیستم VRF
عواملی که بر وضعیت آتی سیستمهای VRF تاثیر گذار است را می توان در موارد زیر خلاصه کرد:
- استاندارد ARI
- ابزارهای مدل سازی انرزی
- امکان تامین تهویه مورد نیاز با استفاده از سیستم VRF
- افزایش دانش فنی متخصصان و آموزش تکنسین‌ها
-
استاندارد ARI
تا به امروز، استاندارد صنعتی مشخصی برای ارزیابی عملکرد سیستمهای VRF تدوین نشده است. در نتیجه، تولیدکنندگان این سیستمها برای عرضه کردن محصولات خود در کشورهایی مانند آمریکا مجبور هستند تا تاییدیه وزارت انرژی این کشور را دریافت کنند. هرچند که در سالهای اخیر زمینه مناسب‌تری برای این دسته از تولیدکنندگان فراهم شده است اما تولید محصولات جدید هرچند با تغییرات بسیار جزئی نیز منوط به طی مراحل اداری و دریافت مجدد مجوزها و تاییدیه‌های لازم است که این مسئله عرصه را برای بسیاری از تولیدکنندگان تنگ می‌کند.
علاوه بر موارد یاد شده، استاندارد ARI امکان مقایسه محصولات تولیدکنندگان مختلف با یکدیگر را فراهم می‌آورد و به نوعی موجب جلب اطمینان کارفرمایان نیز می‌شود. بنابراین نبود چنین استانداردی یک چالش جدی پیش روی تولیدکنندگان این سیستمها به شمار میرود. هرچند که پیش‌نویس این استاندارد تهیه شده و طبق برنامه ریزی‌های صورت گرفته، این استاندارد باید از سالهای گذشته گام به گام به اجرا درآمده باشد.
-
ابزارهای مدل سازی انرژی
با استفاده از ابزارهای شبیه سازی انرژی مانند Energy Plus و ۲- DOEامکان مدل سازی سیستمهای VRF و ارزیابی عملکرد آنها وجود ندارد. تولیدکنندگان سیستمهای VRF در تلاش هستند تا این مشکل را برطرف کنند. البته علاوه بر ابزارهای یاد شده، ابزارهای دیگری نیز برای شبیه سازی انرژی موجود هستند که بسیاری از متخصصان آنها را قبول نداشته و تایید نمی‌کنند.
-
امکان تامین تهویه موردنیاز با استفاده از سیستمهای VRF
پیش از این، استفاده از سیستم تهویه در کنار سیستمهای VRF یک ضرورت به شمار می‌رفت. به طوری که در هر پروژه لازم بود تا هر یک از این سیستمها باید به صورت مجزا طراحی شوند . در حال حاضر تولیدکنندگان در تلاش هستند تا روشهای جدیدی را برای تجهیز سیستمهای VRF به سیستم تهویه پیدا کنند . به این ترتیب امکان تامین هوای خارج موردنیاز به روش اقتصادی و بهبود عملکرد کلی سیستم فراهم خواهد شد.
-
افزایش دانش فنی متخصصان و آموزش تکنسین‌ها
تا به امروز، کمبود متخصصان و تکنسین‌های آشنا به مسائل فنی مرتبط با سیستمهای VRF موجب شده بود تا استفاده از این نوع سیستمها در صنعت به دیده تردید نگریسته شود. اما با افزایش تعداد متخصصان مجرب و کارآزموده این مشکل نیز در حال برطرف شدن است.
منابع مقاله:
- ASHRAE
- Roth , K.W. ” Energy Consumption Characteristics of Com-mercial Building HVAC Systems Vol-ume
- Air Conditioning , Heating , & Refrigeration News
- Interact Ltda . of Brazil for DK Systemas De Ar Condicionado Ltda
با مقالات جامع و معتبر تهویه مطبوع لوگرانو همراه باشید:
» نتیجه گیری
سیستمهای VRF گزینه مناسبی برای ساختمان‌های تجاری بزرگ به شمار نمی‌روند. البته، این سیستمها گزینه بسیار خوبی برای پروژه‌های خاص هستند. ضمن آنکه طراحان همواره باید این سیستمها را نیز به عنوان یک راه حل قابل استفاده در نظر داشته باشند.
با افزایش تعداد واحدهای VRF نصب شده، به تدریج گرایش کارفرمایان برای استفاده از این سیستمها نیز افزایش می‌یابد. ضمن آنکه بسیاری از چالش‌های پیش رو با تمهیداتی که از سوی تولیدکنندگان، انجمن‌ها و سایر نهادهای مرتبط صورت گرفته در حال برطرف شدن است.
بدون دیدگاه