کنترل سیستم های VRF

پیشنهاد می شود قبل از مطالعه این مطلب پیشنیاز آن را مطالعه فرمایید:

سیستم VRF نوع سرمایشی (Cooling only VRF)

معرفی سیستم های وی آر اف (VRF)

سیستم VRF نوع پمپ گرمایی (Heat Pump VRF)

در این مطلب می خوانیم:

کنترلرهای سیستم VRF

مدیریت مصرف انرژی در سیستم های VRF

کنترلر تغییر فاز Change Over Controller

کنترلرهای سیستم VRF

اتصال به شبکه اینترنت

در بررسی ساده‌ترین نسخه‌ی سیستم‌های VRF مشاهده می‌شود که سیم‌کشی‌های کنترلی سیستم به شیوه‌ی Daisy Train  قرار گرفته‌اند که باعث می‌شود بتوان آن‌ها را به یکدیگر متصل کرد. این امکان وجود دارد که سیم کشی‌ها به صورت موازی نیز انجام شود که امروزه کمتر متداول می‌باشد زیرا Daisy Chain  گزینه‌ی سریع‌تر و ارزان‌تری می‌باشد.

شکل1 سیم کشی کنترلی VRF به روش Daisy Chain

برای کنترل سیستم می‌توان از نرم‌افزار‌های مدیریت سیستم‌های ساختمان (BMS/ Building management systems) که توسط کنترلر‌های متصل به شبکه‌‌ی اینترنت مدیریت می‌شوند، استفاده کرد.

شکل2 اتصال شبکه مدیریت ساختمان به اینترنت توسط مبدل شبکه( Network Converter)

استفاده از کنترل‌های BMS برای سیستم‌های  VRF در ساختمان‌ها و سیستم‌های بزرگ رایج تر شده ‌است، زیرا به عقیده‌ی بسیاری برنامه‌ گرافیکی تهیه شده برای کاربر، استفاده از آن را راحت‌تر کرده و همچنین به راحتی می‌شود اطلاعات آن را خارج و استفاده کرد.

اگرچه هزینه‌ نصب و بروزرسانی بعضی از این سیستم‌ها بسیار بالاست، اما به طور‌ کلی قابلیت‌ کنترل بسیار بیشتری را برای کاربر فراهم می‌کنند.

تعدادی جایگزین ارزان‌تر هم برای کنترل سیستم‌ها در ساختمان وجود دارد نظیر دستگاه Core Master متعلق به شرکت Cool Automation که یک دستگاه کوچک است که به واحد خارجی متصل می‌شود و به کاربر اجازه می‌دهد تا به سیستم کنترل اتوماتیک خانه یا کامپیوتر شخصی و یا واحد BMS متصل شود و استفاده و نصب آن بسیار ساده می‌باشد.

شکل3 سیستم کنترل Cool Master

بعضی از تولیدکننده‌ها و کارخانه‌ها ابزار مدیریت انرژی تولید می‌کنند که امکان کاهش مصرف برق و هزینه را به ازای هر واحد برای کاربر فراهم می‌کند و به همین دلیل یک انتخاب بسیار مناسب برای ساختمان‌هایی با چندین مستاجر است که صاحب‌‌خانه از تمام مستاجر‌ها مبلغی را برای هزینه‌های رفاهی دریافت می‌کند.

سیستم BMS میزان برق مصرفی واحد‌های داخلی و خارجی را اندازه‌‌گیری می‌کند، سپس با توجه به مبلغ کل هزینه‌ی برق ساختمان و میزان مصرف هر مستاجر که توسط سیستم BMS اندازه‌گیری شده، می‌توان سهم عادلانه هر واحد را در هزینه‌ی برق ساختمان محاسبه کرد.

این یکی از محبوب‌ترین قابلیت‌های این سیستم است، از این رو توصیه می‌شود اگر در آپارتمان‌ها یا دفاتر و … هستید که چندین نفر از امکانات رفاهی عمومی استفاده می‌کنند، از این سیستم استفاده شود.

شبکه کنترل مرکزی ساختمان

روش دیگر برای کنترل سیستم VRF، استفاده از یک کنترلر مرکزی Central Controller است. این شیوه رایج‌ترین راه به خصوص برای ساختمان‌ها و سیستم‌های کوچکتر می‌باشد. عده‌ای معتقدند که استفاده از این نوع کنترلرها نسبت به کنترلر‌هایی که پیشتر مورد بحث قرار گرفتند، سخت‌تر است که البته مشکل خاصی ایجاد نمی‌کند.

بعضی تولیدکننده‌ها، ریموت‌های کنترل از راه دور برای کنترلر‌های مرکزی خود ارائه می‌دهند، اما قبل از آن باید بررسی شود که آیا این قابلیت مورد نیاز ما می‌باشد یا خیر؟

از جمله قابلیت های این کنترلرها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• قابلیت خاموش یا روشن کردن تمام سیستم
• قابلیت تنظیم عملکرد اتوماتیک سیستم در قالب برنامه ریزی‌ شده روزانه، ماهانه و یا فصلی
• امکان تنظیم سیستم به نحوی که نواحی (Zone) مختلف به صورت جداگانه عملکرد مستقل و مطابق برنامه داشته باشند
• قابلیت برنامه ریزی برای کنترل سرعت فن، دما و … علاوه بر زمان فعالیت
• امکان مشاهده لحظه ای عملکرد سیستم
• امکان بررسی هر ناحیه از منظر وضعیت دما، سرعت فن و وضعیت دمای مبرد در لوله‌های حامل و روشن یا خاموش بودن و …

شکل4 کنترل مرکزی سیستم VRF 

مدیریت مصرف انرژی در سیستم های VRF

همانطور که در مطالب قبلی به آن اشاره شد، سیستم‌های VRF از لحاظ مصرف انرژی بسیار بهینه هستند. در این بخش به جزئیات و چگونگی کنترل سیکل تبرید و یا گرمایش به منظور دستیابی به این مهم مورد بررسی قرار می گیرد.

دمای اشباع (Saturation Temperature) و فشار دائما مورد بررسی قرار می‌گیرند تا Inverter را کنترل کنند که خود در تغییر سرعت کمپرسور نقش دارد. همانطور که می‌دانیم سرعت کمپرسور تغییر می‌کند و به موازات تغییر سرعت کمپرسور، میزان مبرد که در لوله‌های حامل قرار دارد هم تغییر می‌کند.

فن هایی که در بالای واحد خارجی یا واحد‌های داخلی قرار دارند هم سرعت متغیر دارند و این بدین معنی است که میزان هوایی که از داخل مبدل گرمایی عبور می‌کند هم تغییر می‌کند. این تغییر میزان هوای ورودی به مبدل گرمایی، خود میزان گرمایی که دفع یا جذب می‌شود را تغییر می‌دهد.

در واحد‌های داخلی و خارجی چندین شیر انبساط الکترونیک (Electronic Expansion Valve) نیز وجود دارد که به طور مداوم تغییرات کوچکی در میزان جاری شدن مبرد در واحد‌ها ایجاد می‌کنند. هر واحد وضعیت خود را به کنترلر اصلی گزارش می‌دهد تا واحد خارجی با استفاده از الگوریتمی که از قبل برایش طراحی شده، تنظیمات لازم را برای بهترین عملکرد سیستم اعمال کند و هر بار که هر یک از واحد‌های داخلی تغییری را گزارش دهد، واحد خارجی دوباره محاسبات را بر اساس داده جدید انجام می‌دهد.

شکل5 سیکل تبرید و کنترلر درون سیستم VRF

کل این سیستم بسیار موثر و کارا عمل می‌کند. در رابطه با نرم افزار کنترل غالبا PI را به PID ترجیح می‌دهند.

PI مخفف  proportional integral می‌باشد که بخش نسبی (proportional)  کنترل طراحی شده است تا به خطا‌هایی که در لحظه در سیستم رخ می‌دهند واکنش نشان دهد و بخش انتگرالی (Integral) کنترل به منظور واکنش به مجموعه‌ی خطا‌ها و تفاوت‌ها طراحی شده است که تلاش می‌کند جمع خطا‌ها را به صفر نزدیک کند تا کنترل بیشتر و بهتری فراهم شود.

PID اما بر خلاف PI که تلاش دارد اتفاقاتی که در لحظه یا گذشته رخ داده را بررسی کند، به پیشبینی آینده اقدام می‌کند. زمانی که سیستم در حالت سرمایش باشد دمای اشباع و فشار اواپراتور (Evaporator) مورد مشاهده قرار می‌گیرند تا سرعت کمپرسور را کنترل کنند.

اگر دمای اشباع پایین باشد کنترلر واحد خارجی متوجه می‌شود که بار سرمایشی (Cooling Load) در سیستم پایین است. در صورتی که دمای اشباع اواپراتور بالا باشد و بار سرمایشی هم به دنبال آن بالا باشد، کمپرسور می‌تواند سرعتش را تغییر دهد تا با آن هماهنگ شود و واضح است که اگر سیستم در حالت گرمایش بود، دمای اشباع و فشار کندانسور (Condenser)  مورد بررسی قرار می‌گرفتند.

شکل6 مقایسه میزان مصرف انرژی در کمپرسور On/Off و سرعت متغیر

کنترلر تغییر فاز Change Over Controller

در این بخش به بررسی کنترلر تغییر فاز (Change Over Controller) در سیستم‌های VRF می‌پردازیم. این نوع از کنترلر تنها در سیستم پمپ گرمایی (Heat Pump VRF) کاربرد دارد. دلیل این موضوع این است که این مدل فقط می‌تواند سرمایش یا گرمایش در یک زمان تولید کند و قابلیت تولید همزمان هردو را ندارد، پس نیاز به استراتژی کنترلی دارد که چه زمانی بین سرمایش و گرمایش تغییر فاز دهد.

بررسی موضوع مورد بحث را با یک سوال ادامه می‌دهیم. سیستم VRF چگونه متوجه می‌شود که در چه زمانی از حالتی به حالت دیگر تغییر عملکرد دهد؟ به این نوع تغییر در سیستم‌ها که از موضعی مستقیما به موضع دیگر تغییر وضعیت می‌دهند Change over می‌گویند.

سه راه اصلی برای انجام این کار وجود دارد:

1. یکی از واحد‌ها را واحد رهبر (Master Unit) و سایر واحد‌ها را برده (Slave Unit) در نظر بگیریم که در این حالت واحد‌های برده در هر لحظه عملکردی مشابه واحد رهبر انجام می‌دهند. تغییر فاز واحد رهبر میتواند به صورت دستی (Manual) یا خودکار (Automatic) انجام شود.(اگر تغییر فاز اتوماتیک باشد، یک سنسور میزان دمای هوای برگشتی به داخل واحد را اندازه می‌گیرد و پس از مقایسه با دمایی که به صورت پیش فرض برای سیستم برنامه ریزی شده است، اهرمی از داخل بخش کنترل تصمیم می‌گیرد که سیستم در ادامه عملکرد سرمایشی داشته باشد یا گرمایشی. اگر تغییر فاز به صورت دستی باشد، از طریق کیت کنترلی واحد رهبر، عملکرد آن مشخص می‌شود و سایر واحد‌ها که در نقش برده می‌باشند عملیات مشابه را شروع می‌کنند.)
2. راه دوم این است که واحد خارجی را کنترل کنیم که این راه نیز می‌تواند دستی یا اتوماتیک باشد. اگر دستی باشد با نصب یک کلید ساده عملکرد آن را در تابستان و زمستان تغییر می‌یابد. اگر به صورت اتوماتیک کنترل شود، در این صورت باید یک سنسور خارجی اندازه‌گیری دمای هوای اطراف در بخش واحد خارجی نصب شود و پس از آن بر اساس دمای هوای محیط عملکرد دستگاه تغییر پیدا می‌کند.
3. راه سوم استفاده از سیستم رای گیری (Voting System) است. این روش به دو طریق قابل انجام است. راه ساده‌تر طبق رای اکثریت عمل کردن است. فرض شود چهار واحد داخلی وجود دارد که سه تای آن‌ها تقاضای سرمایش و یکی تقاضای گرمایش دارد، که در این حالت سیستم سرمایش را در دستور کار قرار می‌دهد.

شکل7 کنترل تغییر فاز سیستم Vrf به روش Master and Slave Unit

شیوه‌ی دیگر با اندازه گیری بار گرمایشی انجام می‌شود. دوباره چهار واحد داخلی در نظر گرفته‌شود که اولی 100وات سرما، دومی 500 وات سرما و سومی 200 وات سرما می‌خواهند در حالیکه چهارمی 4000 وات گرما می‌‌خواهد، در این حالت سیستم رای به گرمایش می‌دهد.

همانطور که روشن است این شیوه بسیار پیشرفته‌تر است و نیاز به کنترلرهای پیچیده‌تر برای رسیدن به این مطلوب دارد. همچنین می‌توان از سیستمی استفاده کرد که به بعضی اتاق‌ها یا نواحی اولویت بالاتر اختصاص دهد که در این صورت به هنگام رای گیری، رای آن‌ها تاثیر بیشتر داشته باشد. برای مثال اگر اتاقی تحت عنوان سرور وجود داشته باشد اولویت بالاتری از سرویس‌های بهداشتی می‌گیرد و رای آن تاثیر بیشتر دارد.

نکته‌ای که باید در نظر گرفته‌ شود این است که در شیوه‌ی رای‌گیری اگر سه واحد نیاز به سرمایش داشتند و یک واحد نیاز به گرمایش داشت؛ در صورتی که سیستم سرمایش را در دستور کار قرار دهد، واحدی که گرمایش نیاز داشت، سرمایش دریافت نمی‌کند بلکه شیر‌های ورودی خود را می‌بندد و خاموش می‌شود. فقط فن آن هوای اتاق را به گردش در می‌آورد تا هوای گرم درون اتاق پخش شود. 

منابع:

کارگشا (سامانه جامع صنعت ساختمان)

سایت شرکت CoolAutomation، فروشنده انواع تجهیزات تهویه مطبوع

سایت شرکت FERGUSON فروشگاه اینترنتی انواع تجهیزات تاسیسات مکانیکی

مطالب مرتبط:

سیستم VRF نوع سرمایشی (Cooling only VRF)

معرفی سیستم های وی آر اف (VRF)

سیستم VRF نوع پمپ گرمایی (Heat Pump VRF)