سیستم VRF چیست؟

این سیستم تقریبا شبیه چیلر تراکمی است و با این تفاوت که در مدار آن، آب وجود ندارد و مبرد (گاز فریون) مستقیما حمل کننده انرژی گرمایی بین یونیت های داخلی و خارجی است. در چیلرها ، آب درون یک مبدل جاسازی شده در چیلر ، سرد شده و با پمپ به فن کویل های درون ساختمان ارسال می شود ولی در سیستم VRF ، مبرد (گاز فریون) مستقیما به فن کویل های درون ساختمان ارسال می شود تا در فصل گرم عمل سرمایش هوا و در فصل سرد عمل گرمایش هوا انجام شود.

در یونیت خارجی وی آر اف نوع EHP یک یا چند الکتروموتور و در یونیت خارجی وی آر اف نوع GHP یک موتور احتراق داخلی گازسوز پیستونی (شبیه موتور اتومبیل) وجود دارد که یک یا چند کمپرسور اسکرال را به گردش در آورده و کمپرسور نیز عمل متراکم کردن مبرد و چرخش آن در مدار را بر عهده دارد. مبرد در مدار با لوله کشی به اواپراتورهای (مبدل های حرارتی) جاسازی شده در یونیت های داخلی (فن کویل ها) منتقل می شود و در اثر تبادل حرارت با هوای محیط داخل ساختمان، دمای هوای داخل ساختمان را کاهش یا افزایش می دهد.

VRF چیست؟

از انواع تکنولوژی تهویه مطلوب بوده که در سال 1982 در ژاپن اختراع شده است مانند اسپیلت ها، سیستم VRF از مبرد برای خنک کردن استفاده می کند. این مبرد در یک مدار توسط یک پانل خارجی بین چندین پانل داخلی در گردش است.
VRF به معنای جریان متغییر سیال در پنل ها (یونیت داخلی) می باشد.

طریقه کار کرد سیستم های VRF

سیستم های پمپ گرایی مولتی اسپلیت که در داخل آنها از تعداد واحد داخلی متصل به یک واحد خارجی استفاده می شود. در سیستم VRF میتوان مقدار جریان مبردی که به هر یونیت داخلی (فن کویل ) ارسال می شود را کنترل و دقیقا مطابق با نیاز دمای هر فن کویل مستقلا و به میزان دلخواه تنظیم نمود.
سیستم VRF بدون کانال هستند که اجازه می دهد واحدهای داخلی زیادی به هر واحد خارجی متصل شوند.
سیستم VRF امکان گرمایش و سرمایش همزمان و همچنین بازیابی گرما جهت کاهش مصرف انرژی طی فصل گرمایش را فراهم می کند.

مزایای سیستم VRF

1. مدریت پنل ها
2. استفاده از کمپرسور اسکرال از نوع دیجیتال
3. امکان طول لوله کشی در متراژ بالا
4. امکتن کنترل هر یونیت داخلی به صورت مجزا
5. امکان استفاده از دستگاه برای تولید گرمایش در زمستان
6. تنوع در استفاده همزمان از انواع یونیت داخلی

معایب سیستم VRF

1. در صورت کوچکترین نشتی گاز در مسیر لوله کشی کل سیستم دچار مشکل مشکل می شود.
2. هزینه بال جهت تولید گرمایش
3. عدم جابه جایی در صورت تغییر معماری

VRF چگونه کار میکند؟

سیستم های مولتی اسپیلیت متشکل از چند واحد داخلی متصل به یک واحد خارجی می باشند. محصولات بدون کانال اساساً با سیستمهای کانالی تفاوت دارند زیرا در آنها انتقال گرما به یا از فضا مستقیماً توسط چرخش مبرد در واحدهای داخلی (اواپراتور یا کندانسور) مستقر در داخل یا نزدیک فضای تحت تهویه مطبوع صورت می گیرد (واحدهای داخلی وقتی که در وضعیت سرمایش هستند به عنوان اواپراتور؛ و هنگامی که در وضعیت گرمایش هستند به عنوان کندانسور عمل می کنند.) در مقابل، در سیستمهای سنتی، انتقال گرما از مبرد به فضا توسط گردش هوا (در سیستمهای کانالی) یا آب (در چیلرها) در سراسر ساختمان انجام می شود.
سیستمهای VRF انواع پیشرفته ای از سیستمهای مولتی اسپیلیت بدون کانال هستند که اجازه می دهند واحدهای داخلی بیشتری به هر واحد خارجی متصل شوند و امکانات اضافه ای از قبیل گرمایش و سرمایش همزمان و بازیابی گرما را نیز فراهم می کنند. سیستمهای پمپ گرمایی مولتی اسپیلیت گرمایش در تمام واحدهای داخلی، یا سرمایش در تمام واحدها را امکان پذیر می سازند؛ نه گرمایش و سرمایش همزمان. اما سیستمهای VRF امکان گرمایش و سرمایش همزمان و همچنین بازیابی گرما جهت کاهش مصرف انرژی طی فصل گرمایش را فراهم می کنند.

طی 15 سال گذشته، این فناوری در چندین زمینه متحول شده است که عبارتند از:

• کمپرسورهای استاندارد به کمپرسورهای پیچی با محرک معکوس گر و یا VRF (محرک فرکانس متغیر) تبدیل شده اند.
• بادزنهای خارجی با محرک مستقیم به بادزنهای با محرک معکوس گر و یا VRF تغییر یافته اند.
• موتورهای کویل داخلی با محرک مستقیم به موتورهای جریان مستقیم یا نوع ECM تبدیل شده اند.
• واحدهای داخلی ظرفیت متغیر
• سطوح تبادل حرارت بهتر با کویلهای چند بخشی
• بهبود کنترلها و ادوات تشخیص و عیب یابی
• R-22 به R-410A تبدیل شده است.
• مدیریت بهتر روغن و شارژ مبرد

از سایر تحولات می توان به اضافه شدن واحدهای کانالی توکار و آرایشهای کاستی سقفی به واحدهای سنتی دیواری اشاره کرد. لوله کشی مبرد با طول بیش از 200 فوت امکان پذیر می باشد و واحدهای خارجی نیز با اندازه های تا Btuh 240000 موجودند.
عبارت VRF به توانایی سیستم در کنترل مقدار مبرد جاری به هریک از اواپراتورها اشاره می کند که این، استفاده از تعداد زیادی اواپراتور با ظرفیتها و آرایشهای متفاوت، کنترل انفرادی آسایش، گرمایش و سرمایش همزمان در زونهای مختلف، و بازیابی گرما از یک زون برای زون دیگر را امکان پذیر می سازد. اکثر کندانسورهای VRF برای کنترل جریان مبرد به اواپراتورها از محرکهای فرکانس متغییر (VRF) استفاده می کنند. کنترل جریان مبرد منشأ بسیاری از مزایای سیستمهای VRF است ضمن این که چالش فنی اصلی این سیستمها نیز به شمار می رود.
در اکثر موارد، هنگامی که کلیه زونهای ساختمان طی یک دوره عملیاتی به سرمایش و یا همه آنها به گرمایش نیاز داشته باشند، می توان سیستمهای دو لوله ای را به طور موثر در سیستمهای پمپ گرمایی VRF مورد استفاده قرار داد. اما موقعی که طی یک دوره عملیاتی، بعضی از فضاهای ساختمان باید خنک و برخی دیگر باید گرم شوند، سیستمهای سه لوله ای (یک لوله گرمایشی، یک لوله سرمایشی، و یک لوله برگشت) بهترین کارایی را خواهند داشت (این وضعیت اغلب در زمستان و در ساختمانهای با اندازه متوسط تا بزرگ که دارای یک بخش مرکزی قابل توجه هستند، اتفاق می افتد). البته یکی از سازندگان، یک سیستم دو لوله ای عرضه کرده که می تواند گرمایش و سرمایش همزمان و همچنین بازیابی گرما را تأمین کند.
بازیابی گرما را می توان با انتقال حرارت بین لوله هایی که مبرد را برای واحدهای سرمایشی و گرمایشی تأمین می کنند، انجام داد. یک راه، استفاده از مبدلهای حرارتی است تا گرما را از واحدهایی که در وضعیت سرمایش هستند استخراج کرده و آن را به مبرد ورودی به زون تحت گرمایش انتقال دهند. محصول ارائه شده توسط یکی از سازندگان ابتدا مبرد را به واحدهایی که نیاز به گرمایش دارند ارسال می کند؛ اجازه می دهد که مبرد چگالیده شود؛ آن را در یک نقطه مرکزی جمع می کند؛ و سپس آن را به اواپراتورهایی که سرمایش را انجام می دهند ارسال می کند. اکثر سازندگان دارای یک طرح اختصاصی برای لوله کشی و عملکرد سیستم بازیاب گرما هستند و برای این منظور از آرایشهای شیرگذاری، مبدلهای حرارتی، کنترلها، رسیورها، و جعبه های توزیع خاصی استفاده می کنند.
تهویه را به چند طریق می توان با سیستم VRF یکپارچه نمود. یک واحد داخلی اختصاصی VRF را می توان در یک آرایش کانالی جهت مطبوع کردن هوای تهویه مورد استفاده قرار داد. همچنین می توان یک سیستم تهویه و واحد مطبوع کننده مجزا را با استفاده از فناوری سنتی نصب کرده و عملکرد سیستم VRF را به هوای باز چرخشی منحصر نمود. بعضی از واحدهایVRF هم از این قابلیت برخوردارند که مقداری از هوای خارج را به دست گرفته و تأمین نمایند. آوردن هوای خارج به داخل اتاق و سپس مطبوع کردن آن با VRF توصیه نمی شود به استثنای آب و هواهای خشک که در آنها چگالش، مشکلات رطوبتی را ایجاد نخواهد کرد. از وانتیلاتورهای بازیاب گرما نیز می توان استفاده نمود تا بارهای سرمایی وارده بر واحدهای VRF را کاهش دهند.
هر دو نوع سیستمهای آب خنک و هوا خنک موجودند؛ همچنین سیستمهایی که با واحدهای ذخیره سازی یخ یکپارچه شده اند.

اجزای اصلی سیستم VRF 

1. کمپرسور اینورتر

کمپرسوری که با کنترل میزان فرکانس ورودی از برد اینورتر یا IPM به سرعت دلخواه مغز اصلی سیستم یا همون Main PCB رسیده تا میزان برودت لازم تامین شود. در اکثر برندها تا نسل 3 کمپرسور ها از ترکیب اینورتر و دور ثابت تشکیل شدند و در این حالت بطور خلاصه ابتدا اینورتر وارد مدار شده و در صورت عدم تامین برودت لازم، کمپرسور دور ثابت وارد مدار می شود.

2. کمپرسور دور ثابت

مانند کمپرسورهای مرسوم در صنعت بصورت دور ثابت بوده و جهت تکمیل ظرفیت کارکرد، وارد مدار می‌شود.
هردو نوع کمپرسور از نوع اسکترنال می‌باشد و تفاوت آنها فقط در ساختار داخلی آن جهت کنترل سرعت می‌باشد.
در نسل 4 در ظرفیتهای کمتر از 180,000 بی تی یو فقط از یک کمپرسور اینورتر استفاده شده و در ظرفیت 180 و 200 از دو کمپرسور که بصورت موازی باهم کار می‌کنند استفاده می‌شود.

3. شیر Hot gas by pass

وظیفه این شیر کنترل حفظ بالانس خط HP و LP می‌باشد و در صورتیکه LP از حد مجاز پایین تر قرار گیرد، این شیر از خط HP گاز داغ را به خط LP بای پس می نماید.

4. جدا کننده روغن (oil separator)

وسیله ای که بعد از کمپرسور در سیکل قرار دارد و درون آن از جنس Cyclone هست با بوجود آمدن اثر گریز از مرکز روغن را در پیرامون محفظه به چرخش در آورده و با جمع شدن در کف، مبرد با حدود 1 درصد اختلاط روغن را به سمت کندانسور میفرستد و روغن اضافه جهت روانکاری باز به کمپرسور برمی گرداند.
جهت روانکاری صحیح در نسل 2 و 3 این امر هر 8 ساعت یکبار رخ می‌داد اما در نسل چهار با وجود سنسور oil level control، بصورت مرتب دمای discharge هر کمپرسور با دمای روغن خود تفریق می شود و Main PCB از حاصل اختلاف دمای مذکور به میزان سطح روغن باتوجه به داده قبلی کارخانه پی برده و عمل روانکاری را با شیر برگشتی روغن انجام میدهد

5. شیر انبساط الکترونیکی (EEV)

که مخفف electronic expansion valve هست و در دو قسمت کاربرد دارد:

الف) یونیت خارجی با نام Main EEV
که در حالت سرمایش fully open هست چون باید کل مبرد باسرعت به سمت پنلها حرکت کند و عمل انبساط اصلی در پنلهای داخلی بصورت مستقل انجام شود که در حالت گرمایش یونیت خارجی بعنوان اواپراتور استفاده میشود حال بعنوان شیر انبساط استفاده میگردد. 

ب) Indoor EEV:
این شیرها در هر یونیت داخلی و خارجی نصب شده و عمل انبساط و اختناق در سرمایش را به عهده دارد
میزان باز یا بسته شدن این شیرها توسط پالس های الکترونیکی از طریق مغز اصلی دستگاه یا همان Main PCB بسته به نیاز سرمایش و یا گرمایش باز یا بسته می‌شود. در حالت بسته تمام EEV ها دارای 40 پالس هستند که علتش اینست که همیشه جهت عبور ازت در تست و یا وکیوم در حین راه اندازی، ارتباط خط رفت و برگشت برقرار بماند.

6. مبدل سابکولر

یک مبدل حرارتی در یونیت خارجی که با گرفتن مایع سرد از خط کم فشار، دمای مبرد مایعی که از کندانسور خارج شده (در حالت سرمایش) را بیشتر میکند و همچنین حجم آن را افزایش می دهد. هدف اصلی آن هم جبران افت حاصل از طول زیاد لوله کشی ذکر شده هست.
با سابکول بیشتر، در قسمت مایع منحنی PH پیشروی می‌کنیم و دمای پایین تری را بدست می آوریم که دو مزیت دیگر هم دارد:
الف) افزایش اثر سرمایش باتوجه به طولانی تر شدن خط فوقانی متناظر با LP که باعث نیاز به انجام کار کمتر و در نتیجه افزایش COP نیز می‌شود
ب) با توجه به پیشروی بیشتر در ناحیه مایع، درصد مایع بیشتری به اواپراتور راه می‌یابد که خود باعث جذب گرمای بیشتر از محیط می‌شود.

7. آکومولاتور

وظیفه آکومولاتور، جداسازی مایع از گاز بوده که مایع در پایین جمع شده و گاز از بالا به سمت ساکشن کمپرسور حرکت میکند در نسل 4 به قسمت پایین آکومولاتور مخزن Receiver اضافه شده که میزان مایع بیش از اندازه سیکل را به درون خود برده و در زمان لازم با یک شیر external مبرد مایع مورد نیاز را به آکومولاتور هدایت می‌کند.

8. قسمت  High pressure switch

یک شیر اطمینان در زمان بالا رفتن فشار گاز در نسل 4 بوده و وقتی این میزان از 3200 کیلوپاسکال بیشتر شود، وارد عمل شده و گاز داغ را به خط کم فشار برگشت میدهد. در صورتیکه به هر دلیلی فشار کم نشود و تا 4100 کیلوپاسکال افزایش پیدا کند، دستگاه به صورت اتوماتیک shut down خواهد شد تا عیب مکانیکی یا الکترونیکی آن برطرف گردد.

مقایسه سیستم VRF با اسپلیت و داکت اسپلیت

اگر شما ساختمانی دارید که در قسمت های مختلف آن به تنظیم دمای هوا به صورت مستقل نیاز دارید (معمولا ساختمان های با متراژ متوسط تا بزرگ) یکی از بهترین سیستم ها، سیستم های VRF هستند که خود به دو دسته GHP (کارکرد با گاز شهری) و EHP (کارکرد با برق) تقسیم می شوند. اگر ساختمانی دارید که متراژ کمی دارد (مانند منازل مسکونی با متراژ کمتر از ۱۵۰ متر) می توانید از یک یا چند اسپلیت در نقاط مختلف استفاده کنید تا بتوانید دمای هر اسپیلت را به طور جداگانه تنظیم نمایید. اگر مسئله کنترل دمای هر اتاق یا سالن به صورت مستقل و جداگانه اهمیت ندارد و می خواهید دمای هوا در همه آنها به صورت برابر تنظیم شود و با هم سرد و گرم شوند، می توانید از داکت اسپیلت استفاده کنید.

در واقع مسئله کنترل مستقل هر قسمت از نظر دما و رطوبت و نیز متراژ ساختمان ها مهمترین فاکتورها در مقایسه سیستم VRF با اسپلیت و داکت اسپلیت است.

تفاوت چیلر با سیستم تهویه مطبوع الکتریکی VRF

چیلر فقط برای سرمایش مورد استفاده قرار می گیرد در حالی که سیستم تهویه مطبوع الکتریکی VRF، دو منظوره و برای سرمایش و گرمایش در محیط است و در نتیجه، به موتورخانه نیز نیازی ندارد. سیستم چیلر بسیار پیچیده بود و به اپراتور نیاز دارد در حالی که، بررسی سیستم تهویه مطبوع الکتریکی VRF به چک کردن فشار گاز و سرویس های فصلی و دوره ای محدود می شود. در چیلر، آب توسط مبدل، گرمای خود را به مبرد داده، خنک شده و به حرکت در می آید در حالی که در سیستم تهویه مطبوع الکتریکی VRF ، گاز مبرد موجود در لوله مسی موجب برودت می شود.    

چیلرها و مخصوصا چیلرهای تراکمی سنگین و حجیم بوده اما وزن سیستم تهویه مطبوع الکتریکی VRF، نصف چیلر است. چیلر، عملا قادر به تنظیم دما نیست و فقط فن کوئل ها را روشن و خاموش می کند اما در سیستم تهویه مطبوع الکتریکی  VRF، قابلیت استفاده از پنل های سقفی، دیواری و توکار وجود داشته و کنترل دمای هر یونیت/ واحد مستقل از واحد دیگر انجام می گیرد. در سیستم تهویه مطبوع الکتریکی، VRF سیستمی وجود دارد که هزینه ماهیانه مصرف برق را تخمین زده و در نتیجه مشکلات ناشی از مشاع بودن سیستم را به حداقل می رساند در حالی که چیلر ، چنین سیستمی ندارد و از همه مهمتر، می توان از سیستم تهویه مطبوع الکتریکی  VRF به عنو ان جایگزین چیلر استفاده کرد.

تفاوت بين سيستم VRF و VRV چيست؟ 

در اكثر سيستم‌هاي VRF، هنگامي كه سيستم در حالت Heat Recovery مشغول به كار است وقتي يک يا چند يونيت داخلي از حالت سرمايش به گرمايش تغيير حالت بدهد، تمام يونيت‌هايي كه در حالت گرمايش هستند خاموش مي‌شود سپس اين يونيت‌ها از طريق Hot Start به حالت گرمايش مي‌روند.
در اين حالت، فن يونيت‌هاي داخلي‌اي كه قبلا در حالت گرمايش بوده‌اند و نيز يونيت‌هايي كه از سرمايش به گرمايش تغيير حالت داده‌اند خاموش است و فقط فن يونيت‌هايي كه از ابتدا در حالت سرمايش بوده‌اند روشن است پس از حدود 10 دقيقه فن ساير يونيت‌هايي روشن مي‌شود و فرآيند تغيير حالت از سرمايش به گرمايش تكميل مي‌شود اما در VRV، به دليل Branch Selector جديد، سيكل فوق فقط در مورد يونيت‌هايي كه قرار است از سرمايش به گرمايش تغيير حالت بدهند اتفاق مي‌افتد و كل سيستم خاموش نمي‌گردد و بقيه يونيت‌ها در حين اين سيكل، به كار خود ادامه مي‌دهند، ضمناً كل اين فرآيند در حدود 6 دقيقه به طول مي‌انجامد. همچنين در اين حالت، صداي توليدي كم‌تر از حالت قبل است.

واژه VRF مخفف Variable Refrigerant Flow به معناي کنترل جريان مبرد مي‌باشد و ايده‌ي آن بر اساس تکنولوژي اينورتر است. اين سيستم اندازه مايع مبرد که بايد به محيط مورد نظر فرستاده شود را کنترل مي‌کند که اين کار توسط شير Pulse Modulating Valve عملياتي مي‌شود. 

واژه VRV هم (Variable Refrigerant Volume) به معناي کنترل تغييرات حجم مايع درون مبرد بر اساس بار مورد نياز مي‌باشد. بدين مفهوم که مقدار مايع مبرد با توجه به نياز سرمايشي و گرمايشي فضاها به صورت هوشمند و مجزا تغيير مي‌کند در حالي که در کولرهاي گازي متداول و يا سيستم‌هاي اسپيليت يوينيت معمولي تبخير گاز و در نتيجه توليد برودت در کندانسور دستگاه انجام مي‌پذيرد و امکان کنترل تبخير مايع مبرد به صورت مجزا در فضاهاي مختلف پروژه وجود ندارد علاوه بر اين در سيستم VRV ميزان اختلاف درجه حرارت بين يونيت داخلي و خارجي به کم‌ترين حد خود رسيده و ضريب عملکرد (COP) سيستم به بالاترين مقدار خود خواهد رسيد.