أنواع أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ذات التدفق المبرد (سائل التبريد) المتغير (VRF) وتطبيقاتها. هي عبارة عن منصة تكنولوجيا مضخة الحرارة ذات التمدد المباشر (DX) مبنية على دورة ضغط بخار رانكين العكسي القياسية. هذه الأنظمة متشابهة ترموديناميكيًا مع أنظمة DX الموحدة وغيرها من الأنظمة الشائعة، وتشترك في العديد من نفس المكونات (أي الضاغط وجهاز التمدد والمبادلات الحرارية).
تنقل أنظمة VRF الحرارة بين وحدة تكثيف خارجية وشبكة من الوحدات الداخلية الموجودة بالقرب من أو داخل المساحة المكيفة من خلال أنابيب التبريد المثبتة في المبنى.
العناوين الرئيسية للمقال:
——————————
2- تطبيقات VRF.
3- مناطق الراحة “Zoned Comfort”.
4- جودة الهواء الداخلي “Indoor Air Quality”
5- خصائص كفاءة التشغيل السنوية “Annual Operating Efficiency Characteristics“
6- مقارنة تكاليف التشغيل الإجمالية “Life-Cycle Cost Comparison“
السمات التي تميز VRF عن أنواع أنظمة DX الأخرى هي وحدات داخلية متعددة متصلة بوحدة خارجية مشتركة (وحدات مفردة أو مجمعة)، وقابلية التوسع، والسعة المتغيرة، والتحكم الموزع، والتدفئة والتبريد المتزامنين.
أنظمة VRF مصممة هندسيًا بدقة، مع ضواغط مفردة أو متعددة، ووحدات داخلية متعددة (أنواع مجاري وغير مجاري)، ومكونات إدارة والتحكم في الزيت والمبرد (سائل التبريد).
توفر VRF المرونة من خلال السماح بالعديد من الوحدات الداخلية المختلفة (بسعات وتكوينات مختلفة)، والتحكم في المنطقة الفردية، والقدرة الفريدة على تقديم التدفئة والتبريد المتزامنين في مناطق منفصلة على دائرة تبريد مشتركة، واستعادة الحرارة من منطقة إلى أخرى.
تتراوح السعات النموذجية من 5.3 إلى 223 كيلو واط للوحدات الخارجية ومن 1.5 إلى 35 كيلو واط للوحدات الداخلية.
تم تجهيز أنظمة VRF بضاغط متغير السرعة و/أو متغير السعة على الأقل. يوضح الشكل 1 التحكم في سعة ضاغط متغير السرعة واحد؛ حيث يغير الضاغط سرعته ليعمل فقط عند المستويات اللازمة للحفاظ على البيئات الداخلية وفقًا للمتطلبات المحددة.
سعة ضاغط متغير السرعة الشكل (1)
أنواع الأنظمة System Types
هناك ثلاثة أنواع أساسية من أنظمة VRF:
1-التبريد فقط (الشكل 2).
2- مضخة الحرارية (الشكل 2).
3-استعادة الحرارة (الشكلان 3 و4).
المضخات الحرارية “Heat pumps”: هي أنظمة تكييف الهواء القادرة على عكس اتجاه تدفق المبرد لتوفير التدفئة أو التبريد للمساحة الداخلية.
يمكن لجميع الوحدات الداخلية المتصلة بنظام مضخة الحرارة استخدام نقاط التحكم والضبط الفردية، ولكنها تعمل في نفس وضع التدفئة أو التبريد في أي وقت.
وحدات استعادة الحرارة “Heat recovery” : هي أنظمة مضخة الحرارة التي يمكنها توفير التدفئة والتبريد في وقت واحد.
لا يمكن لجميع الوحدات الداخلية المتصلة بنظام استعادة الحرارة استخدام نقاط التحكم والضبط الفردية فحسب، بل يمكنها أيضًا العمل بشكل فردي في وضع التدفئة أو التبريد في أي وقت.
لمطابقة ملفات تعريف أحمال المبنى، يتم نقل الطاقة من مساحة داخلية إلى أخرى من خلال خط التبريد، ولا يلزم سوى مصدر طاقة واحد لتوفير كل من للتدفئة والتبريد.
تعمل أنظمة VRF أيضًا بكفاءة عند التحميل الجزئي بسبب التحكم في السعة المتغيرة للضاغط.
ملاحظة: تمثل الأشكال من 2 إلى 4 طرقًا مختلفة لتكوينات أنابيب نظام VRF. يرجى الرجوع إلى بيانات كل مصنع للحصول على التفاصيل. تستند التعريفات التالية إلى معيار AHRI 1230.
نظام تقسيم متعدد المضخات الحرارية “heat pump multisplit system”: هو عبارة عن مجموعة مغلفة ومصنوعة في المصنع ومثبتة بشكل دائم تأخذ الحرارة من مصدر الحرارة وتوصلها إلى المساحة المكيفة عندما تكون التدفئة مطلوبة.
قد تزيل الحرارة من المساحة المكيفة وتفرغها في بالوعة حرارية إذا كانت التبريد وإزالة الرطوبة مطلوبة من نفس الجهاز.
تتضمن المكونات العادية ملفات تكييف داخلية متعددة وضواغط ولفائف خارجية. يمكن توفير المعدات في مجموعات متعددة، مخصصة للاستخدام معًا. قد تتضمن الوظائف الأخرى تنظيف الهواء وتدويره وترطيبه.
نظام المنفصل المتعدد “ “VRF multisplit system: هو مكيف هواء أو مضخة حرارية بنظام منفصل مع دائرة تبريد واحدة ووحدة خارجية واحدة أو أكثر وضاغط متغير السرعة واحد على الأقل أو مجموعة ضاغط أخرى يمكنها تغيير سعة النظام بثلاث خطوات أو أكثر ووحدات ملفات مروحة داخلية متعددة يتم قياسها بشكل فردي والتحكم فيها بشكل فردي بواسطة جهاز تحكم متكامل وشبكة اتصالات مشتركة.
يعمل نظام المنفصل المتعدد VRF لاستعادة الحرارة “VRF heat recovery multisplit system” كمكيف هواء أو مضخة حرارية، ويمكنه أيضًا توفير عملية تدفئة وتبريد متزامنة عن طريق نقل الطاقة المستردة من الوحدات الداخلية التي تعمل في وضع واحد إلى وحدات داخلية أخرى تعمل في الوضع الآخر. يعني تدفق المبرد المتغير ثلاث خطوات أو أكثر من التحكم في الأنابيب المشتركة المترابطة.
تطبيقات VRF
يمكن استخدام أنظمة VRF في تطبيقات مختلفة،مثل
- المكاتب الشاهقة أو المنخفضة
- المرافق التعليمية (المدارس والجامعات)
- مرافق الرعاية الصحية، بما في ذلك العيادات ودور رعاية المسنين طويلة الأجل
- المباني السكنية متعددة المستأجرين
- المباني التاريخية
- متاجر التجزئة
- المشافي والمطاعم وقاعات الولائم والفنادق والموتيلات
- تطبيقات تبريد مركز البيانات فقط
- المرافق الثقافية، بما في ذلك المراكز الدينية
مناطق الراحة “Zoned Comfort”
تحقق أنظمة VRF التحكم في درجة الحرارة على أساس كل منطقة على حدة في المقام الأول باستخدام التحكم من جانب المبرد. تتفاعل الوحدات الداخلية باستمرار مع التغيرات في أحمال التدفئة/التبريد في المنطقة، وتحافظ على الظروف من خلال التحكم في ارتفاع درجة الحرارة المستهدف باستخدام صمام التمدد الإلكتروني (EEV) أو صمام التمدد الخطي (LEV).
تعمل ضواغط العاكس أو مجموعة من ضواغط العاكس والسرعة الثابتة الموجودة عمومًا في أنظمة VRF على تعديل تدفق المبرد، وتعمل في انسجام مع حجم المبرد المطلوب من الوحدات الداخلية.
قد يكون الحفاظ على ظروف الراحة بكفاءة أمرًا صعبًا بالنسبة لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء خلال المواسم “المتوسطة”، وعادةً ما تكون الفترات خلال الخريف والربيع عندما قد تكون هناك حاجة إلى التدفئة والتبريد.
غالبًا ما يتم تحديد التحول المثالي من عملية التدفئة بشكل أساسي إلى عملية التبريد بشكل أساسي، أو العكس، من خلال درجة حرارة محيطة خارجية محددة مسبقًا.
تعمل العديد من أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء التقليدية الموحدة على تشغيل أنظمة التدفئة والتبريد في وقت واحد لفترات طويلة خلال المواسم المتوسطة، مما يوفر التدفئة والتبريد من خلال شبكة بأربعة أنابيب. مع الأنظمة اللامركزية مثل أنظمة التقسيم المتعدد لاستعادة الحرارة، يمكن تقسيم المباني بحيث يكون التبديل سلسًا ويتم الحفاظ على الراحة.
تتطلب أنظمة التقسيم المتعدد لمضخات الحرارة بدون استرداد الحرارة اهتمامًا أكبر بخصائص أحمال المباني لتحقيق تقسيم المناطق المناسب
جودة الهواء الداخلي “Indoor Air Quality”
تعتمد جودة الهواء الداخلي (IAQ) التي يوفرها نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء “HVAC” على معدل تغيير الهواء في منطقة التصميم، ومستوى هواء التهوية المزود، ودرجة ترشيح تدفق الهواء.
يجب أن تتبع أنظمة VRF، مثل الأنظمة الوحدوية التقليدية، مستويات الترشيح المرتبطة الموضحة في معيار ASHRAE 62.1 للتهوية، مع توفير الترشيح إما مركزيًا، إذا كنت تستخدم ملف تبريد، و/أو على مستوى المنطقة، إذا كانت هناك حاجة إلى مستويات أعلى من الترشيح تتجاوز تلك التي توفرها الوحدة المركزية.
لتلبية متطلبات معيار ASHRAE 62.1، غالبًا ما يتم دمج أنظمة VRF مع نظام هواء خارجي مخصص (DOAS) حيث تظل معدلات توصيل تدفق هواء التهوية ثابتة، بغض النظر عن أحمال التدفئة أو التبريد القصوى للمنطقة أو موضع المثبط الأدنى (وحدة طرفية ذات حجم هواء متغير أو وحدة معالجة هواء مركزية).
خصائص كفاءة التشغيل السنوية “Annual Operating Efficiency Characteristics“
تتأثر كفاءة التشغيل السنوية لنظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء بملف إشغال المبنى، والتوجيه، ومتطلبات تهوية الهواء التصميمية، والبناء، ومعايير تصميم البيئة الخارجية المحلية، واستراتيجيات رفض الحرارة من مصدر الهواء مقابل مصدر الماء، وعوامل أخرى. تعمل أنظمة VRF بكفاءة في ظروف الحمل الجزئي، وخاصة في وضع استرداد الحرارة حيث يوفر النظام التدفئة والتبريد في نفس الوقت. تعني السعة المتغيرة لكل من الوحدات الداخلية والخارجية أن النظام بأكمله يطابق الحمل في أي مساحة معينة. يمكن أن يوفر مطابقة الحمل أيضًا فوائد مثل الكفاءة في عمليات الحمل الجزئي وإزالة الرطوبة. تتميز أنظمة VRF بوحدات داخلية منفصلة ومقسمة إلى مناطق فردية، مما يلغي الحاجة إلى مراوح مركزية كبيرة وقنوات.
المراقبة المحلية والمراقبة عن بعد “Local and Remote Monitoring“
تستخدم أنظمة VRF بروتوكول تحكم خاص بالشركة المصنعة للتواصل بين الوحدات الخارجية والوحدات الداخلية والملحقات المتاحة الخاصة بالنظام. كل مصنع VRF لديه نهجه الخاص في التكامل مع الملحقات (على سبيل المثال، صمامات البخار أو الماء، الترطيب بتدفق المبرد المتغير، المخمدات، المحركات) أو المعدات المساعدة، لذلك يجب على المصمم استشارة أنظمة وهندسة المكونات ودليل التشغيل للتكامل السليم للتحكم. تعد عناصر التحكم جزءًا لا يتجزأ من تصميم النظام الإجمالي، ويحدد تطبيق المبنى حزمة التحكم المطلوبة. يمكن أن تعمل أنظمة VRF كنظام مستقل باستخدام عناصر التحكم القياسية الخاصة بالشركة المصنعة، أو يمكن دمجها مع أنظمة أخرى من خلال عناصر تحكم أتمتة المباني مثل BACnet® أو LonWorks® أو طريقة الشركة المصنعة
مقارنة تكاليف التشغيل الإجمالية “Life-Cycle Cost Comparison“
تعتمد تكاليف التشغيل الإجمالية لدورة حياة نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء على تكاليف رأس المال المثبتة، وتكاليف الطاقة التشغيلية السنوية، وتكاليف الصيانة الروتينية، ومتوسط عمر المعدات، وتكاليف استبدال النظام.
تكاليف رأس المال المثبتة. في البناء الجديد، تكون تكاليف رأس المال المثبتة لنظام VRF بمصدر الهواء أو الماء قابلة للمقارنة مع تكاليف نظام الماء الساخن/المبرد بأربعة أنابيب. ومع ذلك، تختلف تكاليف نسبة المعدات إلى العمالة لأن مكونات التحكم الأساسية لنظام VRF مثبتة أو معبأة في المصنع. في نظام VRF بمصدر الهواء، يكون الضاغط هو المكون التشغيلي الرئيسي؛ ولا يلزم وجود مضخات إضافية وصمامات تنظيم أو تحكم. في بعض المناخات، يمكن لأنظمة VRF بمصدر الهواء تلبية الحمل الحراري الكامل للمبنى، مما يتجنب الحاجة إلى نظام تدفئة تكميلي أو مرجل.
تكاليف تشغيل دورة الحياة. تنقسم تكاليف تشغيل دورة حياة أنظمة VRF إلى ثلاث فئات:
• تعتمد تكاليف التشغيل السنوية على العديد من العوامل، بما في ذلك ملفات تعريف أحمال المبنى وفرص استعادة الحرارة.
• تشمل تكاليف الصيانة الروتينية أدوات المراقبة عن بعد، والتي تمكن عادةً من إجراء مراجعات أداء نظام VRF المستمرة واستراتيجيات الصيانة الاستباقية. تتطلب الوحدات الداخلية فحصًا بصريًا منتظمًا واستبدال مرشح الهواء المجدول. تتطلب الوحدات الخارجية فحصًا روتينيًا للمكونات الرئيسية (على سبيل المثال، الضاغط، المبادل الحراري).
• تكاليف استبدال النظام. تسرد معظم شركات تصنيع أنظمة VRF من 15 إلى 20 عامًا لأنظمة مصدر الهواء ومن 20 إلى 25 عامًا لأنظمة مصدر المياه كنطاق متوسط العمر المتوقع. يعتمد متوسط العمر المتوقع للمعدات على أداء الصيانة الروتينية الموصى بها من قبل الشركة المصنعة وفي بعض الحالات يتأثر بساعات التشغيل والبيئة والموقع وما إلى ذلك.
أدوات تحليل دورة الحياة. أثبتت أدوات محاكاة طاقة المباني المعترف بها في الصناعة (بما في ذلك منحنيات خصائص أداء نظام VRF) أنها الاستراتيجية الأكثر دقة لالتقاط الأداء السنوي لأنظمة VRF. يمكن لمثل هذه البرامج المحاكاة أيضًا إجراء تحليل لدورة الحياة.
المراجع:
اترك تعليقاً