سیستم VRF نوع پمپ گرمایی (Heat Pump VRF)
پیشنهاد می شود قبل از مطالعه مطلب زیر معرفی سیستم های وی آر اف (VRF) را مطالعه کنید.
در این مطلب می خوانیم
چرخه مبرد درون سیستم VRF پمپ گرمایی
سیستم VRF پمپ گرمایی
با توجه به دیاگرام ساده سازی شده ای که در شکل2 برای این نوع از سیستم‌های VRF نشان داده شده است، پی می‌بریم که کلیت سیستم بسیار مشابه VRF هایی است که فقط توانایی سرمایش دارند.
این سیستم نیز مشابه VRF سرمایشی دارای یک واحد خارجی (Outdoor Unit) و چند واحد داخلی یا کاست (Indoor Units or Cassettes) است. در طرح نشان داده شده در شکل2 از کاست های سقفی (Ceiling Cassettes) استفاده شده است که می‌توان به جای آن از فن کویل (Fan Coil) یا هواساز (Air Handling Unit) نیز استفاده کرد.
همچنین این سیستم دارای لوله کشی دو لوله‌ای برای تغذیه و برگشت مبرد به واحد خارجی است.
شکل1 طرح شماتیک سیستم VRF پمپ گرمایی
شکل2 شماتیک سادهای از یک سیستم VRF پمپ گرمایی
بخشی که دراین نوع از VRFها متفاوت از سایر انواع است، این است که مانند مدل های استاندارد اسپلیت (Split AC Unit)یک کندانسور (Condenser) و اواپراتور (Evaporator) همیشه ثابت نداریم. از آن جایی که سیستم این دستگاه از نوع پمپ گرمایی می باشد و توانایی تولید گرما یا سرما را دارد، نقش واحدهای داخلی و خارجی برعکس می شود.
برای مثال در تولید سرما مطابق انتظار ما و به صورت مشابه با Split AC unit واحد خارجی نقش کندانسور و واحدهای داخلی نقش اواپراتور را ایفا می کنند ولی در تولید گرما این قضیه برعکس شده و واحد خارجی نقش اواپراتور و واحدهای داخلی در نقش کندانسور ظاهر می شوند.
آنچه که در مورد VRF های نوع دوم واضح و بسیار با اهمیت است، این است که این سیستم توانایی تولید سرما یا گرما را دارد ولی نه به صورت همزمان و تمام زیرواحد‌‌ها یا کاست‌ها در یک لحظه فقط می‌توانند عمل مشابه یکدیگر انجام دهند.
به این صورت که همگی تولید سرما یا همگی تولید گرما داشته باشند. ولی این بدین معنا نیست که همگی باید همزمان در حال فعالیت باشند، بلکه فقط کاست‌هایی که مدنظر ما برای فعالیت دمایی هستند اگر روشن باشند باید عملیات مشابه سایر کاست‌های روشن داشته باشند.
چرخه مبرد درون سیستم VRF پمپ گرمایی
برای فهمیدن آنچه در سطح داخلی سیستم در حال رخ دادن است از شماتیک‌های داخلی مربوطه استفاده می کنیم.
حالت سرمایشی
در حالت سرمایشی همانطور که در شکل3 مشاهده می شود، مبرد کمپرسور (Compressor) را در حالت بخار فوق داغ (SuperHeated Vapor) با فشار و دمای بسیار بالا ترک می‌کند و این درست مانند هر چرخه‌ی تبرید دیگر است.
قبل از رسیدن مبرد به مبدل گرمایی (Heat Exchanger) که در حالت سرمایشی در نقش کندانسور عمل می‌کند، از یک شیر معکوس کننده (Reverse Valve) که دارای یک ورودی (Inlet port) و چهار خروجی (Outlet Port) است عبور می کند.
در داخل شیر معکوس کننده یک U Bend قرار دارد که می‌تواند جهت حرکت سیال را تغییر دهد، به صورتی که یا به شکل مستقیم به سمت مبدل گرمایی درون کاست‌ها حرکت کند یا ابتدا به مبدل گرمایی درون واحد خارجی برود.
شکل3 چرخه سرمایش درون سیستم VRF پمپ گرمایی در حالت سرمایشی
در حالت سرمایشی همانطور که اشاره شد مبرد بعد از شیر معکوس کننده به مبدل گرمایی واحد خارجی که در نقش کندانسور است وارد می شود.
در بالای این بخش از سیستم یک فن داریم که از محیط هوا می گیرد و به داخل مبدل گرمایی می فرستد و سپس دوباره آن را از بخش بالایی خارج می‌کند. این پروسه باعث میشود تا بخشی از گرمای نامطلوب توسط هوای محیط جذب شده و به خارج از سیستم منتقل شود و این خود باعث خنک شدن مبرد میشود و زمانی که مبرد از این بخش خارج میشود، دمای معمولی، فشار بالا و به صورت مایع اشباع (Saturated Liquid) می‌باشد.
مراحل بعد از مبدل گرمایی، شیر یک طرفه (Check valve) و شیر انبساط یا فشارشکن (Expansion Valve) هستند، اما چون سیستم درحالت سرمایش قرار دارد مبرد به شیر یک طرفه می‌رود و با شیر انبساط کاری ندارد.
نقش شیر یک طرفه این است که مبرد را در جهت مستقیم هدایت کند و به آن اجازه ندهد که به عقب برگردد. پس از آن مبرد به سمت واحدهای داخلی حرکت می کند، اما درست پیش از آنکه وارد بخش داخلی شود باید دوباره از دوراهی شیر یک طرفه و شیر انبساط که قبل از واحدهای داخلی قرار دارد عبور کند. با این تفاوت که در این نقطه از چرخه به دلیل نیاز به انبساط مبرد، از شیر انبساط عبور می‌کند. سیال در لحظه‌ی ورود به شیر انبساط دارای دمای متوسط، فشار بالا و در حالت مایع اشباع است، اما پس از خروج از این نقطه به فشار و دمای پایین می رسد و به صورت مخلوط دوفازی از مایع و گاز در می‌آید.
سیال پس از افت دما وارد کویل (Coil)های سرمایشی درون کاست ها می شود. فن‌های تعبیه شده درون کاست‌ها، هوای گرم را از درون اتاق جذب میکنند و از روی کویل‌ها عبور می‌دهند که باعث سرد شدن هوا میشود. حرکت هوای سرد به داخل اتاق باعث ایجاد چرخه میشود که ورود بیشتر هوای گرم از اتاق به کاست‌ها را به دنبال دارد.
باید توجه داشت تا همواره از سلامت کویل های درون کاست ها و همچنین لوله های انتقال مبرد درون سیستم اطمینان حاصل شود. زیرا در صورت خرابی و نشت مبرد، علاوه بر ازکار افتادن سیستم، به دلیل خطرناک بودن ترکیب شیمیایی مبردها، ممکن است آسیب های جبران ناپذیری به ساکنین ساختمان وارد شود.
زمانی که مبرد از کاست خارج میشود به صورت گاز اشباع (Saturated Gas) با دما و فشار پایین است که توسط فشاری که از سیال جاری در شبکه‌ی لوله‌ها به آن وارد میشود به کمپرسور منتقل می شود و این چرخه به همین شکل در حالت سرمایشی ادامه پیدا می‌کند تا زمانی که کل سیستم خاموش شود.
به خاطر داشته باشید که شیر انبساط الکترونیکی، دائما در حال اندازه‌گیری و بررسی فاکتورهای دمایی مطلوب ماست تا با کم و زیاد کردن میزان سیال ورودی، شرایط دمایی مورد نظر را محقق کند و همین محدود کردن سیال باعث ایجاد فشار در کمپرسور میشود که در این نقطه از این پروسه بهینه سازی انرژی رخ می‌دهد.
حالت گرمایشی
طور کلی می‌توان ادعا کرد که سیستم به صورت عکس حالت سرمایشی عمل می‌کند، یعنی تمام واحدهای داخلی در نقش کندانسور و واحد خارجی در نقش اواپراتور عمل میکنند.
همانطور که در شکل4 مشاهده می شود، مطابق معمول بخار فوق داغ با فشار و دمای بالا از کمپرسور خارج میشود و سپس به شیر معکوس کننده می‌رود. در حالت گرمایشی این شیر سیال را مستقیما به سمت مبدل‌های گرمایی داخلی در واحدهای داخلی (که در نقش کندانسور هستند) هدایت می‌کند.
سپس آن گرمای ناخواسته که در حالت سرمایشی به بیرون از سیستم و هوای اطرف هدایت می‌شد اینبار توسط فن‌هایی که در کاست ها هستند به فضای اتاق وارد میشود و هوای سرد از اتاق به سمت کویل های گرمایشی روانه میشود و باعث خنک شدن سیال و گرم شدن هوا میشود و این چرخه در این ناحیه به این صورت ادامه پیدا می‌کند.
سیال بعد از عبور از شیر یکطرفه که پس از کاست‌ها قرار گرفته، به صورت مایع اشباع با دمای متوسط و فشار بالا در می‌آید که به سمت واحد خارجی می‌رود.
شکل4 چرخه سرمایش درون سیستم VRF پمپ گرمایی در حالت گرمایشی
زمانی که مبرد به واحد خارجی می‌رسد به سمت شیر انبساط می‌رود و پس از آن به صورت مخلوطی از گاز و مایع با دمای و فشار پایین درمی‌آید که وارد مبدل گرمایی خارجی میشود که در حالت گرمایشی به عنوان اواپراتور عمل می‌کند.
در این بخش، سیال انرژی گرمایی موجود در هوای محیط بیرون را جذب می‌کند که میزان این انرژی گرمایی جذب شده به دمای هوای بیرون بستگی دارد. پس از عبور از این بخش سیال وارد شیر معکوس کننده شده و سپس به کمپرسور می‌رود تا چرخه کامل شود.
اشاره شد که در حالت گرمایشی در اواپراتور، انرژی گرمایی از هوای محیط گرفته میشود. در هر دمایی این رویداد رخ خواهد داد و مهم نیست که چقدر هوای محیط سرد باشد، یا به صورت علمی‌تر اگر دمای هوای بیرون بالای 273- درجه‌ی سلسیوس یا 523 درجه‌ی فارنهایت باشد، این تبادل برقرار خواهد بود.
بنابراین حتی در زمستان می‌توانیم انرژی گرمایی از محیط بیرون جذب کنیم و به محیط داخلی ساختمان تزریق کنیم.
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:
