سیستم VRF نوع بازیاب گرما (Heat Recovery VRF)

20 نوامبر , 2018

۰ زمان تقریبی مطالعه 7 دقیقه

در این مطلب میخوانیم:

سیستم VRF بازیاب گرما

این نسخه از VRF‌ها به ما این اجازه را می‌دهند که چندین ناحیه را همزمان سرد و گرم کنیم. نسخه های که به بررسی آن خواهیم پرداخت، پیشرفته‌ترین و مدرن‌ترین نسخه‌ی سیستم‌های VRF محسوب می‌شود. قابلیت این نسخه از VRF‌ها که قادرند همزمان سرما و گرما تولید کنند، آن‌هارا به یکی از جذاب‌ترین سیستم‌‌‌‌‌‌های موجود در صنعت تاسیسات تبدیل کرده ‌‌‌است.

در مطلب مربوط به پایه سیستم های وی آر اف، گفته شد که به صورت کلی بر اساس نحوه عملکرد گرمایشی یا سرمایشی، سه نوع سیستم VRF داریم که شامل سیستم های VRF نوع سرمایشی (Cooling only)، پمپ گرمایی (Heat Pump) و بازیاب گرما (Heat Recovery) می شود. در این مطلب به بررسی نوع سوم( بازیاب گرما) پرداخته می شود.

نیاز کم این واحد‌ها به تعمیر و نگهداری، منجر به کنترل بهتر و دقیق تر می‌شود و همچنین از منظر مصرف انرژی بسیار بهینه هستند.

شکل1 سیستم VRF بازیاب گرما (Heat Recovery)

شکل1 سیستم VRF بازیاب گرما (Heat Recovery)

این نوع از VRF‌ها از لحاظ فضای اشغالی هم بسیار فضای کمتری در مقایسه با سایر محصولات که کاربری مشابه دارند، نیاز دارند.

برای مثال در مقایسه با سیستم های سرمایش آب سرد (Chilled Water Systems) که نیاز به چیلر (Chiller)، برج‌ خنک کننده (cooling Tower)، پمپ‌های آبرسان و سیرکولاسیون و شبکه‌ی لوله کشی وسیع دارند، سیستم های VRF تنها از یک واحد خارجی و داخلی که قابل توسعه و افزایش هستند تشکیل شده اند. این ویژگی باعث شده است که این محصول تبدیل به گزینه‌ی محبوب برای ساکنین و کارفرماهای ساختمانی شود.

دلیل پیچیده و پیشرفته بودن این تکنولوژی، عملکرد هوشمندانه و جالب آن است. به شکلی که اگر سیستم بر روی چندین ناحیه نظارت داشته باشد که بعضی بخش‌ها نیاز به گرما و بعضی دیگر نیاز به سرما داشته‌ باشند، سیستم بدون تولید گرما و با انتقال گرما‌ی نامطلوب و ناخواسته از نواحی که نیاز به سرما دارند به نواحی که خواهان گرما هستند، این مشکل را حل می‌کند.

این شیوه عملکردی در عین حال که بسیار از منظر بهینه سازی انرژی ارزشمند است، کنترل خیلی بهتری را بر روی سیستم فراهم می‌کند.

اجزای اصلی سیستم VRF بازیاب گرما

VRF‌های بازیاب گرما خود دارای چندین گونه هستند که ساده‌ترین آن‌ها یعنی مدل سه لوله ای three pipe system بررسی خواهد شد.

همانطور که در شکل2 مشاهده می شود، این سیستم یک واحد خارجی (Outdoor Unit) و چند واحد داخلی (Indoor Unit) و انتخاب کننده های شاخه (Branch Selectors) دارد. با توجه به سه لوله ای بودن سیستم، از واحد خارجی لوله‌های آزاد و معمولی به Branch Selector‌ها می‌روند و این Branch Selectorها هستند که تصمیم می‌گیرند کدام شاخه از لوله‌ها مسیر رفت و آمد مبرد باشد.

پس از آن مبرد به واحد‌ داخلی هدایت می‌شود که در این سیستم از کاست‌ سقفی (Ceiling Cassettes) استفاده شده است. ولی به طور کلی می‌توان از فن کویل (Fan Coil‌) و هواساز نیز استفاده کرد.

شکل2 شماتیک سادهای از یک سیستم VRF بازیاب گرما

سیکل مبرد درون VRF بازیاب گرما

سرمایش و گرمایش همزمان

اگر درون سیستم را بررسی کنیم، همانطور که از شکل3 مشخص است، در واحد خارجی کمپرسور اسکرول (Scroll Compressor) و تعدادی بخش جدید که در این نسخه اضافه شده شامل فیلتر روغن (Oil Filter)، تعدادی شیر معکوس کننده با چهار ورودی و خروجی (Reversing Valve Four Port)، مبدل گرمایی (Heat Exchanger) و همچنین یک فن (Fan) بزرگ که نقش مکش و وزش هوا را برای مبدل گرمایی ایفا می‌کند، شیر‌های انبساط (Expansion Valve) جدا از هم، ساب کولر (Sub Cooler) که بسیار در سیستم‌های VRF مهم و حیاتی است و یک مخزن (Accumilator) دیده می‌شود.

شکل3 چرخه سرمایش درون سیستم VRF بازیاب گرما در حالت سرمایش و گرمایش همزمان

در شبکه‌ی لوله‌ای که از قبل نصب شده است، لوله‌ها آزادانه در ساختمان پیش رفته‌اند و با تغذیه Branch Selector‌ها هر واحد داخلی را برای فعالیت آماده می‌کنند. به طور کلی می‌توان چندین کاست سقفی یا واحد داخلی را با یک branch selector مدیریت کرد ولی با توجه به دیاگرام و شماتیک مورد بررسی برای هر Branch Selector در اینجا یک واحد داخلی در نظر گرفته شده است.

در شکل، شاخه‌‌های Y شکل دیده می‌شود که مبرد را به لوله‌ها یا کویل ها و به عبارتی دیگر، به هرجایی که نیاز باشند هدایت می‌کنند. در داخل Branch Selectors تا حدود 5 شیر الکترونیکی انبساط وجود دارد که همه وظیفه‌ی کنترل مبرد را دارند.

مبدل گرمایی داخلی که در اینجا کاست سقفی است و فن در وسط واحد داخلی، بخش‌های دیگر واحد داخلی هستند.

با توجه به شماتیک موجود دو واحد بالایی برای سرمایش و واحد پایین برای گرمایش تنظیم شده‌اند. حال به چگونگی عملکرد سیستم در راه برآوردن این خواسته پرداخته می‌شود.

طبق معمول مبرد کمپرسور را ترک می‌کند و در این مورد به بالا می‌رود و از فیلتر روغن عبور می‌کند و به بالای مسیر می‌رود و در این قسمت دو شیر معکوس کننده(دو مسیر) برای مبرد وجود دارد. در گام اول چگونگی سرمایش بررسی می‌ شود.

پس از شیر معکوس کننده که در سمت راست تصویر قرار گرفته، مبرد به درون مبدل گرمایی (Heat Exchanger) هدایت می‌ شود که در این لحظه در نقش کندانسور عمل می‌کند. هوای سرد از محیط توسط فنی که در این قسمت قرار گرفته مکیده می‌ شود و به سمت کویل های مبدل وزیده می‌ شود که این باعث خنک شدن مبرد می‌ شود.

در ادامه‌ی مسیر مبرد از سابکولر (Sub Cooler) عبور می‌کند که کمک می‌کند تا گرمای بیشتر از مبرد گرفته شود و کارایی کل سیستم بالاتر رود. پس از آن مبرد به حرکت خود در شبکه ادامه می‌دهد تا به یکی از ‌شاخه‌هایY شکل برسد.

مبرد در شاخه Y شکل تقسیم می‌ شود و از طریق شاخه ای که به سمت واحد داخلی اول می‌رود به مسیر خود ادامه می‌‌دهد تا به شیر انبساط الکترونیکی (Electronic Expansion Valve) برسد. مبرد پس از منبسط شدن به مسیر ادامه می‌دهد و پس از مکش هوای گرم از اتاق و تغییر دمایی ناشی از عبور از کویل ها، از دو شیر عبور می‌ کند و به لوله مشترک می‌ رسد که آن را به کمپرسور باز می‌گرداند.

انتخاب و راه دیگری که مبرد در ابتدا می‌توانست داشته باشد، این بود که بعد از عبور از فیلتر روغن از شیر معکوس کننده که در سمت چپ قرار گرفته است، استفاده کند.

از آنجایی که سیستم همزمان نیاز به گرما و سرما دارد، مبرد می‌تواند بدون خنک شدن مستقیما از طریق لوله‌های مرتبط به واحدی که نیاز به گرما دارد برود. در آن جا از شیر الکترونیکی انبساط عبور کرده، تا هوای سرد بیشتری گرم شود و بدین شکل در این بخش گرمایش صورت می‌ گیرد.

برای یادآوری دوباره بیان می‌شود که در زمان خروج مبرد از کمپرسور و به هنگام رسیدن به دوراهی شیرهای معکوس کننده، به صورت بخار با فشار و دمای بالا و بسیار گرما دیده می‌باشد که اگر از طریق شیر معکوس کننده سمت چپ مستقیما به واحدی که برای گرمایش تنظیم شده میرود( که نقش کندانسور را دارد).

مبرد پس از خروج به صورت مایع اشباع شده با فشار بالا و دمای متوسط درمی‌آید و به شیر انبساط واحد سرمایشی می‌رود و پس از عبور از شیر به صورت مخلوط بخار و مایع با فشار و دمای پایین تبدیل می شود.

مبرد آن‌جا منقبض می‌ شود چون نقش اواپراتور (Evaporator) را دارد و پس از خروج از این بخش و بازگشت به ابتدای چرخه به صورت بخار اشباع شده با فشار و دمای پایین می‌ باشد. اگر در ابتدای مسیر از شیر معکوس کننده (Reversing valve) که در سمت راست قرار داشت عبور می‌کرد و به مبدل گرمایی (Heat Exchanger) خارجی (که نقش کندانسور را دارد) می‌رفت، به هنگام خروج به صورت مایع اشباع شده با فشار بالا و دمای متوسط درمی‌آمد.

سیکل گرمایش

مبرد، کمپرسور را به صورت گاز بسیار فوق داغ با فشار و دمای بالا ترک می‌کند، سپس از مبدل گرمایی عبور کرده و به صورت مایع اشباع شده با دمای متوسط و فشار بالا در می‌آید.

مبرد به صورت بخار فوق داغ با فشار و دمای بالا از کمپرسور خارج می‌ شود و به دوراهی شیرهای معکوس کننده می‌رسد؛ اگر وارد مسیر سمت راست شود بعد از عبور از مبدل گرمایی کوچک همراه با مبردی که از واحد‌های داخلی برگشته به داخل مخزن می‌ریزند و سپس دوباره به کمپرسور باز می‌ گردند.

اگر از مسیر سمت چپ وارد شود به سمت واحد‌های داخلی رفته و همه‌ی آن‌ها را تغذیه می‌ کند و پس از انجام پروسه‌ای که پیشتر در مورد چگونگی آن بحث شد، به صورت مایع اشباع شده با فشار بالا و دمای متوسط از تمام واحد‌های داخلی که نقش کندانسور را دارند خارج شده و به سمت مبدل گرمایی خارجی که نقش اواپراتور را دارد، راهی می‌شود.

زمانی که مبرد از مبدل گرمایی عبور می‌ کند، به صورت مخلوط بخار و مایع با فشار و دمای پایین است که پیش از ورود به کمپرسور به بخار اشباع شده با فشار و دمای پایین تبدیل می‌ شود.

پس به طور خلاصه اینطور برداشت می‌شود که مبرد کمپرسور را در حالی که به صورت بخار بسیار فوق داغ با فشار و دمای بالاست ترک می‌کند و به سمت واحد‌های داخلی می‌ رود که در نقش کندانسور هستند و زمانی که از آن‌ها خارج می‌ شود به صورت مایع اشباع شده با دمای متوسط و فشار بالا در می‌‌آید که به سمت شیر انبساط در بخش خارجی می‌رود و قبل و بعد از عبور از این شیر به ترتیب به صورت مخلوط مایع و گاز با فشار و دمای پایین و گاز اشباع شده با فشار و دمای پایین می‌باشد.

شکل4 چرخه گرمایش درون سیستم VRF بازیاب گرما در حالت گرمایش

سیکل سرمایش

مبرد، کمپرسور را به صورت گاز بسیار فوق داغ با فشار و دمای بالا ترک می‌کند، سپس از مبدل گرمایی عبور کرده و بهصورت مایع اشباع شده با دمای متوسط و فشار بالا در می‌آید.

در مرحله‌ی بعد از شیر انبساط عبور کرده و به صورت مخلوط مایع و گاز به فشار و دمای پایین در می‌آید، سپس به واحد‌های داخلی می‌رود که نقش اواپراتور را دارند و پس از خروج از آن‌ها به صورت گاز اشباع شده با فشار و دمای پایین در‌می‌آید و به کمپرسور بر می‌گردد.

چرخه سرمایش درون سیستم VRF بازیاب گرما در حالت سرمایش