مزايا التدفق المتغير لغاز التبريد (VRF)

تعمل أنظمة التدفق المتغير لغاز التبريد (VRF) على تغيير تدفق مادة التبريد إلى الوحدات الداخلية بناءً على الطلب. هذه القدرة على التحكم في كمية مادة التبريد التي يتم توفيرها لوحدات ملفات المروحة الموجودة في جميع أنحاء المبنى تجعل تقنية VRF مثالية للتطبيقات ذات الأحمال المتغيرة أو حيث يلزم تقسيم المناطق.

تتوفر أنظمة VRF إما كنظم مضخات حرارية أو كنظم لاستعادة الحرارة لتلك التطبيقات التي تتطلب تسخينًا وتبريدًا متزامنًا. بالإضافة إلى توفير الراحة الفائقة ، توفر أنظمة VRF مرونة في التصميم وتوفير الطاقة والتركيب الفعال من حيث التكلفة.

تقنية VRF

في نظام VRF ، قد يتم توصيل العديد من وحدات ملف المروحة الداخلية بوحدة خارجية واحدة. تحتوي الوحدة الخارجية على ضاغط واحد أو أكثر يتم تشغيله بواسطة العاكس ، لذلك يمكن تغيير سرعتها عن طريق تغيير تردد مصدر الطاقة إلى الضاغط. مع تغير سرعة الضاغط ، تتغير كذلك كمية غاز التبريد الذي ينقله الضاغط.

تحتوي كل وحدة ملف مروحة داخلية على جهاز قياس خاص بها يتم التحكم فيه بواسطة الوحدة الداخلية نفسها ، أو بواسطة الوحدة الخارجية. نظرًا لأن كل وحدة داخلية ترسل طلبًا إلى الوحدة الخارجية ، فإن الوحدة الخارجية توفر كمية غاز التبريد اللازمة لتلبية المتطلبات الفردية لكل وحدة داخلية (الشكل أعلاه).

تجعل هذه الميزات نظام VRF مناسبًا بشكل مثالي لجميع التطبيقات التي لها متطلبات تحميل جزئي بناءً على الاستخدام أو اتجاه المبنى ، بالإضافة إلى التطبيقات التي تتطلب تقسيم المناطق.

مزايا نظام VRF

التحكم يعني الراحة

المفتاح لتوفير الراحة هو توفير التدفئة أو التبريد عندما وأينما كان ذلك مطلوبًا دون تقلبات في درجة حرارة الغرفة.

في الأنظمة التقليدية ، يكون الضاغط إما في وضع التشغيل أو الإيقاف ، لذلك حتى المساحات التي تحتوي على عناصر تحكم فردية تتعرض لتقلبات في درجة حرارة الغرفة حيث يتوقف الضاغط ثم يبدأ مرة أخرى للحفاظ على إعداد منظم الحرارة (الشكل أدناه).

في نظام VRF ، نظرًا لإمكانية تغيير سرعة الضاغط ، لا يقوم الضاغط بالدوران وإيقاف التشغيل ، ولكنه يعمل بشكل مستمر لفترات أطول (الشكل أدناه). يتم توفير تدفق المبرد المطلوب إلى ملف المروحة الداخلي وبمجرد الوصول إلى نقطة الضبط ، يتم ضبط تدفق مادة التبريد للحفاظ على درجة حرارة الغرفة بسلاسة دون تذبذب.

بالإضافة إلى وجود نقاط ضبط مميزة ، يمكن تغيير سرعات مروحة الوحدة الداخلية ومواضع الفتحة لتوفير راحة إضافية في المساحة.

مرونة التصميم

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لنظام VRF في المرونة التي يوفرها تنوع عرض المنتج. تتوفر أنواع وأحجام متعددة من ملفات المروحة لتناسب أي تطبيق.

يوضح الشكل أدناه نموذجًا لتخطيط المناطق لنظام VRF ، ويجمع بين الوحدات الخارجية ، وملفات مروحة من نوع كاسيت رباعي الاتجاهات ، وملفات مروحة من نوع hi-wall لإنشاء ظروف مريحة للاستخدامات المتنوعة لـ 15 مساحة مختلفة داخل نفس المبنى.

عند تحديد نظام VRF ، ضع في اعتبارك أنه ليست كل الأنظمة لها نفس إمكانيات الأنابيب. ستعمل الأنظمة التي توفر إمكانات أنابيب موسعة على زيادة مرونة التطبيق التي توفرها تقنية VRF. اعتبارات مهمة عند مراجعة إمكانيات الأنابيب هي:

• 1) فرق الارتفاع الأقصى المسموح به بين الوحدات الداخلية الأعلى والأدنى في نظام واحد و
• 2) المسافة المسموح بها من الوحدة الخارجية إلى أبعد ملف مروحة في النظام

تركيب فعال من حيث التكلفة

اعتمادًا على التطبيق ، يمكن أن يكون تركيب نظام VRF بديلاً فعالاً من حيث التكلفة للأنظمة التقليدية التي تتطلب مجاري الهواء أو أحجام الأنابيب الكبيرة والمضخات والغلايات في حالة أنظمة المياه المبردة.

الوحدات الخارجية خفيفة الوزن وذات حجم صغير. هذا يعني أنها ستلائم مصعد الخدمة ، لذلك لا يلزم وجود رافعة للرفع إلى التثبيت على السطح. في بعض الحالات ، يمكن تحقيق وفورات في تكلفة البناء الإجمالية لأن الوحدة خفيفة الوزن تعني أن هيكل الدعم الإضافي في السقف غير مطلوب.

توفير الطاقة

توفر جميع أنظمة تدفق التبريد المتغير (VRF) توفيرًا للطاقة عن طريق تغيير سرعة الضاغط ومطابقة خرج النظام إلى أقصى حد ممكن مع الحمل. بالإضافة إلى ذلك ، لا تتعرض أنظمة تدفق التبريد المتغير (VRF) لنفس الخسائر في الطاقة مثل الأنظمة التي تنقل الهواء المكيف عبر مجاري الهواء.

ومع ذلك ، ستؤثر الاختلافات في التصميم في الوحدات الخارجية المتاحة على مستوى الكفاءة الذي يتم تحقيقه.

مقارنة أنظمة VRF

تختلف أنظمة VRF المتوفرة في السوق اليوم وفقًا لعدد ونوع الضاغط.

الأنواع الثلاثة للوحدات التي سيتم مقارنتها هنا هي:

• ضاغط أحادي متغير السرعة
• ضاغط متغير السرعة بالإضافة إلى ضاغط السرعة الثابتة
• ضواغط متعددة متغيرة السرعة

ضاغط أحادي متغير السرعة

في هذا النظام الذي يحتوي على ضاغط حلزوني واحد كبير السعة ، يبدأ نفس الضاغط ويعمل عند وجود طلب ولا يتوفر تكرار في حالة فشل الضاغط.

ضاغط متغير السرعة بالإضافة إلى ضاغط ثابت السرعة

في هذا النظام ثنائي الضاغط ، يبدأ الضاغط الذي يحركه العاكس دائمًا ويتصاعد حتى يصل إلى أقصى سعته في ذلك الوقت الذي يبدأ فيه الضاغط ذو السرعة الثابتة وينخفض ​​الضاغط الذي يعمل بالعاكس. يوفر هذا النظام إمكانية النسخ الاحتياطي.

ضواغط متعددة متغيرة السرعة

توفر الوحدات الخارجية المزودة بضواغط حلزونية متعددة تعمل بالعاكس ، كما هو موضح في الشكل أدناه ، مجموعة كاملة من المزايا التي يمكن تحقيقها باستخدام نظام VRF.

يوفر النظام الذي يحتوي على 3 ضواغط تعمل بالعاكس أيضًا قدرة أكبر على النسخ الاحتياطي. في حالة فشل أحد الضواغط ، سيستمر النظام في العمل بنسبة 67٪ من سعته الأصلية ، وسيتم الحفاظ على الراحة في المساحة المكيفة حتى يمكن استبدال الضاغط المعيب.

يتم تدوير تسلسل بدء الضواغط ، مما يؤدي إلى معادلة وقت التشغيل وبالتالي تقليل التشغيل الزائد للضاغط الفردي.

تسمح الضواغط المتعددة التي تعمل بالعاكس للوحدة بتوفير أداء أفضل للتحميل الجزئي دون الحاجة إلى استخدام تجاوز الغاز الساخن. في ظل ظروف التحميل المنخفض ، يتمتع النظام بميزة تشغيل العديد من الضواغط فقط بأي سرعة مطلوبة لتحقيق السعة اللازمة لتلبية الحمل والحفاظ على الراحة داخل المساحة المكيفة.

يقارن الشكل أدناه حالة تشغيل الوحدات الخارجية عند حدوث تغييرات في أحمال تكييف الهواء. مع الضواغط المتعددة التي تعمل بالعاكس ، يمكن تحقيق تطابق أفضل بين الحمل في الفضاء وخرج الضاغط ؛ لا يهدر النظام الطاقة لتوليد سعة إضافية وفي نفس الوقت يوفر راحة أكبر من خلال القضاء على تقلبات درجة حرارة الغرفة.

ضاغط دوار مزدوج مقابل ضاغط حلزوني

كما هو مذكور أعلاه ، يوفر نوعان من الضواغط المستخدمة في الوحدات الخارجية VRF (الشكل أدناه) مستويات مختلفة من الكفاءة.

يقارن الشكل أدناه بين كفاءة الضاغط الدوار المزدوج وكفاءة الضاغط اللولبي. يمثل الخط المنقط الضاغط اللولبي ، والذي يتميز بكفاءة ضعيفة عند السرعات المنخفضة والعالية. في المقابل ، يمثل الخط الصلب الضاغط الدوار المزدوج ، والذي يتمتع بكفاءة ممتازة في جميع السرعات.

تخلق ميزات تصميم الضاغط الدوار النموذجي ميزة على الضاغط اللولبي النموذجي من خلال طلب كمية أقل من الزيت ليتم ضخه من الضاغط إلى نظام التبريد. يساهم تقليل كمية الزيت التي تتحرك عبر نظام التبريد في كفاءة نظام الضاغط الدوار المزدوج. يمكن عزل معظم الزيت الذي يتم تدويره بواسطة الضاغط الدوار إلى الوحدة الخارجية للنظام.

هذا يعني أنه بمجرد استيفاء المنطقة ، يمكن إغلاق جهاز القياس تمامًا - لا يترك مفتوحًا جزئيًا لتسهيل عودة الزيت ، كما هو مطلوب بواسطة أنظمة ضاغط التمرير. يؤدي إغلاق جهاز القياس إلى منع مادة التبريد من الدوران عبر الوحدة وتجنب البرودة الزائدة أو ارتفاع درجة حرارة المكان. والنتيجة هي راحة أكبر وكفاءة أعلى.

معايير التصميم

تخطيط الفضاء

يبدأ تصميم نظام VRF بفهم تخطيط المساحة. يجب مراعاة اتجاه المبنى والمواسم التي تحدث خلالها أحمال الذروة. يعتمد نوع الحمولة (التدفئة أو التبريد) وتوزيع الأحمال على المناطق على الاستخدام المقصود للمساحة. في المقابل ، ستحدد هذه العوامل ما إذا كان نظام المضخة الحرارية أو نظام استرداد الحرارة سيكون الخيار الأكثر كفاءة.

يوضح الشكل أدناه مخططًا نموذجيًا للمساحة ، مع تحديد المناطق على أنها تتطلب تدفئة أو تبريدًا والحمل ينعكس في حجم ونوع الوحدات الداخلية الموضحة.

نوع النظام - استرداد الحرارة أم المضخة الحرارية؟

توفر أنظمة المضخات الحرارية واسترداد الحرارة التدفئة والتبريد. يوفر نظام المضخة الحرارية إما التدفئة أو التبريد حسب الحاجة.

يعد نظام استرداد الحرارة مثاليًا عند الحاجة إلى التدفئة والتبريد المتزامنين. تتحقق أكبر كفاءة عندما تتساوى أحمال التسخين والتبريد ، وذلك بزيادة كمية الطاقة التي يمكن نقلها من منطقة إلى أخرى باستخدام مادة التبريد ، كما هو موضح في الشكل أدناه.

يوضح الشكل أدناه مخطط مبنى مكون من 6 مناطق. تتمثل إحدى طرق تلبية متطلبات التصميم لهذا المبنى في تركيب 3 أنظمة مضخات حرارية كما هو موضح أدناه:

النظام 1 - المناطق A و C و D ، والتي لها سمات متشابهة لمتطلبات التدفئة والتبريد

النظام 2 - المنطقتان E و F اللتان لهما ملامح متشابهة لمتطلبات التدفئة والتبريد

النظام 3 - المنطقة B والتي تتطلب التبريد فقط

بدلاً من ذلك ، يمكن تركيب نظام أكبر لاستعادة الحرارة.

لتحديد أفضل اختيار للتصميم ، يجب إكمال تحليل الكفاءة ومقارنة التكلفة بين الخيارين. بالإضافة إلى ذلك ، ينبغي النظر في عواقب كمية أكبر من مادة التبريد التي يتم تداولها من خلال النظام الأكبر ، نظرًا لأن كمية غاز التبريد في النظام لها آثار عندما يتعلق الأمر بتلبية متطلبات ASHRAE 15.

حجم الوحدات

يجب مراعاة حجم الوحدات المختارة للتأثير على تصميم النظام ؛ ستوفر الوحدات الأصغر مرونة في تقسيم المناطق وتتطلب أنابيب أقل ومبرد أقل لكل نظام.

تكوين الأنابيب

ينبغي النظر في مرونة خيارات الأنابيب المتاحة. يمكن للنظام الذي يوفر المزيد من الخيارات للجمع بين الوصلات والرؤوس على شكل Y تقليل كمية الأنابيب والمبردات المستخدمة ، وبالتالي تقليل التكلفة الإجمالية للعمل.

استنتاج

يوفر نظام VRF تركيبًا مرنًا ويوفر الراحة في التبريد والتدفئة ويجب اعتباره بديلاً للأنظمة التقليدية لتلك التطبيقات التي تتطلب تقسيم المناطق أو تشغيل الحمل الجزئي.

شركة كاريير سيراكوز ، نيويورك