اهمیت وکیوم کردن در نصب سیستم VRF و تاثیر آن بر بازدهی و توان مصرفی

یکی از مهمترین کارها در فرآیند نصب سیستم VRF وکیوم کردن می‌باشد. اهمیت این موضوع به قدری است که تمام سازندگان سیستم VRF آن را فرآیندی مهم معرفی کرده و بخش قابل توجهی از راهنمای نصب را به الزامات و اصول انجام درست وکیوم کردن اختصاص داده‌اند. وکیوم کردن برای رطوبت زدایی در سیستم و جلوگیری از گرفتگی­ ناشی از یخ ­زدگی و اکسید شدن مس انجام می­ شود. حذف گازهای غیرقابل چگالش سیستم برای جلوگیری از اکسید شدن قطعات، نوسان در فشار سیستم و انتقال حرارت ضعیف در طول عملکرد سیستم نیز از دیگر کاربردهای وکیوم کردن است. در ضمن وکیوم کردن به دلیل امکان نفوذ هوا از بیرون به درون سیستم به عنوان یک مرحله نشت­یابی هم مطرح می­ باشد.

بیشتر کمپانی‌ های معتبر سازنده VRF حد بهینه برای وکیوم کردن را بر حسب فشار مطلق برابر 5 میلی‌ متر جیوه (برحسب فشار نسبی 755- میلی‌ متر جیوه) بیان کرده و دو روش عادی و ویژه برای آن در نظر گرفته‌اند. در واقع باید برای این‌که شرایط نصب استاندارد باشد وکیوم کردن را حداقل تا رسیدن به فشارهای مطرح شده ادامه داد. روش عادی برای شرایطی است که هیچ عامل منفی غیرعادی در زمان نصب وجود نداشته باشد. در این روش همان‌ طور که در شکل 1 هم شماتیک آن ارائه شده است، ابتدا باید سیستم را تا رسیدن به فشارهایی زیر 755- میلی‌ متر جیوه (فشار نسبی) وکیوم کرده و حداقل برای یک ساعت بیشتر کار وکیوم کردن را ادامه داد. در ادامه در صورت ثابت بودن فشار و اطمینان از استاندارد بودن سیستم می‌ توان شارژ مبرد را شروع کرد.

 

شکل 1. فرآیند وکیوم کردن استاندارد

روش ویژه در شرایطی مورد استفاده قرار می‌ گیرد که احتمال ورود رطوبت و یا مواد مشابه به درون سیستم وجود داشته باشد چرا که در این شرایط علاوه بر نیتروژن، هوا و سایر گازها، باید رطوبت را هم از سیستم خارج کرد. بنابراین در این حالت فرآیند وکیوم کردن باید با دقت بیشتری انجام شود. همان‌ طور که در شکل 2 مشاهده می‌ شود در این حالت هم در ابتدا مانند روش عادی عمل می‌ شود اما با توجه به وجود رطوبت در سیستم برای حذف کامل آن یک مرحله تزریق نیتروژن بعد از وکیوم کردن اولیه در نظر گرفته شده تا سیستم کاملا خشک گردد. بعد از تزریق نیتروژن دوباره باید سیستم را مشابه حالت عادی وکیوم کرد.

شکل 2.  فرآیند وکیوم کردن ویژه

حالا که مختصری درباره فرآیند وکیوم کردن ارائه شد، می‌ توان به بررسی اهمیت وکیوم کردن در سیستم و تاثیرات منفی آن بر روی بازدهی و توان مصرفی پرداخت. برای بررسی اهمیت وکیوم کردن می‌ توان از راه‌ های مختلفی مانند آزمایشات تجربی و یا شبیه‌ سازی‌ های کامپیوتری استفاده کرد. از آن‌ جایی که آزمایشات تجربی بسیار پرهزینه و زمان‌ بر هستند در این‌ جا با استفاده از شبیه‌ سازی کامپیوتری، تاثیر ناخالصی‌ ها و یا به عبارتی وکیوم کردن نامناسب بر بازدهی و توان سیستم VRF مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به ماهیت مساله، از نرم‌افزار هایسیس[1] که توانایی‌ های بالایی در شبیه‌ سازی‌ فرآیندهای مختلف داشته و اعتبار آن در تحقیقات مشابه به اثبات رسیده است بهره برده می‌شود. برای شروع کار ابتدا یک پروژه نمونه متشکل از 15 یونیت داخلی با ظرفیت مجموع 8/60 کیلووات در نظر گرفته می‌ شود. لیست یونیت‌ های داخلی از نظر ظرفیت و تعداد در جدول 1 ارائه شده است.

جدول 1 ظرفیت یونیت‌های داخلی برای پروژه نمونه

[1] Hysys

 

توجه: در شبیه‌ سازی، نوع یونیت داخلی اهمیت ندارد، به همین دلیل در جدول 1 از ذکر مدل‌ یونیت‌ های داخلی خودداری شده است.

حالا با توجه به یونیت‌ های داخلی انتخاب شده و با کمک نرم‌ افزار طراحی بوش، یونیت خارجی مناسب برای این پروژه و با در نظر گرفتن ضریب هم زمانی 100% انتخاب می‌ شود. با مراجعه به کاتالوگ فنی سازنده می‌ توان دید که ضریب عملکرد و مصرف برق برای عملکرد واقعی سیستم انتخاب شده در حالت سرمایش که هدف این بررسی می‌ باشد، به ترتیب برابر 3.45 و 17.6 کیلووات است.

توجه: شبیه‌ سازی تنها در حالت سرمایش انجام شده است. در این حالت مبدل حرارتی یونیت خارجی نقش کندانسور و مبدل حرارتی یونیت داخلی نقش اواپراتور را دارد. به همین دلیل در این‌ بخش از اواپراتور و کندانسور به ترتیب برای نامیدن مبدل یونیت داخلی و یونیت خارجی استفاده می‌ شود.

حالا با این اطلاعات می‌ توان به مرحله شبیه‌ سازی رفت. پیش از پرداختن به نتایج شبیه‌ سازی شاید توضیح مختصری درباره شبیه‌ سازی، مخصوصا برای علاقه‌ مندانی که می‌ خواهند در زمینه شبیه‌ سازی این سیستم‌ ها فعالیت کنند، خالی از لطف نباشد. همان‌ طور از قبل هم گفته شد اجزای اصلی یونیت داخلی شامل اواپراتور و شیر انبساط است، به همین دلیل در شبیه‌ سازی می‌ توان آن را با یک شیر انبساط و یک گرم کن به جای اواپراتور لحاظ کرد. ظرفیت گرمایشی گرم کن برابر با ظرفیت یونیت داخلی است. شماتیک یک یونیت داخلی شبیه‌ سازی شده در هایسیس در شکل 3 آمده است.

شکل 3. یونیت داخلی مدل شده در هایسیس شامل یک شیر انبساط و یک گرمکن در نقش اواپراتور

یونیت خارجی شامل کندانسور و کمپرسور می‌ شود به همین دلیل در شبیه‌ سازی، یونیت خارجی را می‌ توان با یک کمپرسور و یک سردکننده به عنوان کندانسور، شبیه‌ سازی نمود. شماتیک یک یونیت خارجی شبیه‌ سازی شده در هایسیس در شکل 4 ارائه شده است.

شکل 4. یونیت خارجی مدل شده در هایسیس شامل یک کمپرسور و یک سردکننده در نقش کندانسور

 

هر چند می‌ توان توضیحات کاملتری درباره هایسیس و نحوه کار کردن با آن ارائه کرد، اما چون خارج از هدف مقاله است از پرداختن به آن صرف‌ نظر می‌ شود. علاقه‌ مندان در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر می‌ توانند به کتاب‌ هایی که به صورت تخصصی درباره این نرم‌ افزار پرکاربرد نگاشته شده، مراجعه کنند. با توجه به مطالب گفته شده شماتیک کامل برای سیستم مورد بررسی در هایسیس به صورت شکل 5 در خواهد آمد.  

شکل 5. شماتیک سیستم شبیه‌سازی شده در هایسیس به طور کامل، شامل 15 یونیت داخلی و یک یونیت خارجی

فرضیات شبیه‌سازی

معمولا عملکرد سیستم‌ های VRF و فشارهای پایین و بالای عملکردی در آن‌ ها وابسته به شرایط محیطی و پارامترهای عملکردی خود سیستم است، به همین دلیل نمی‌ توان فشار بالا و پایین دقیقی برای آن اعلام کرد. دمای محیط 35 و دمای محیط داخل برابر 25 در نظر گرفته شده است. اختلاف دمای خروجی کندانسور با محیط و خروجی اواپراتور با محیط با توجه به اطلاعات فنی سازنده‌ ها به ترتیب برابر  2 و  3 در نظر گرفته شده است. در این شبیه‌ سازی با توجه به طیف‌ های معقولی که برای فشار بالا و پایین وجود دارد و طی یک فرآیند سعی و خطا، فشار بالا و پایین به ترتیب برابر 35 بار و 9 بار انتخاب شده‌ اند. در واقع یک حالت ایده‌آل در نظر گرفته و در آن با فشارهای بالا و پایین و دبی جرمی بازی شده تا یونیت خارجی و یونیت‌ های داخلی به ظرفیت‌ های مد نظر رسیده و ضریب عملکرد بدست آمده برای کل سیستم با ضریب عملکرد واقعی ارائه شده در کاتالوگ فنی سازنده یکسان باشد. در ضمن باید توجه داشت که دبی جرمی در هر انشعاب با توجه به نسبت ظرفیت یونیت‌ های داخلی پایین دست بین دو شاخه آن تقسیم شده است.

بعد از اطمینان یافتن از سازگاری نتایج شبیه‌ سازی برای حالت ایده‌آل[1] با اطلاعات موجود در کاتالوگ فنی سازنده، می‌ توان به سراغ حالت‌ های دیگر که در آن‌ ها ناخالصی وجود دارد رفت. نوع ناخالصی را می‌ توان با توجه به فرآیند نصب تخمین زد. همان‌ طور که پیشتر هم گفته شد بعد از اتمام فرآیند نصب یونیت‌ های داخلی، خارجی و لوله‌ کشی‌ ها و دقیقا پیش از شروع فرآیند وکیوم کردن، خطوط لوله توسط نیتروژن شست‌ و شو داده می‌ شوند. در ادامه هم با کمک تزریق نیتروژن با فشار تقریبی 4000 کیلوپاسکال خطوط از نظر نشتی تست می‌ شوند. بنابراین می‌ توان انتظار داشت که در صورت انجام نامناسب وکیوم در داخل خطوط نیتروژن باقی بماند. به همین دلیل شبیه‌ سازی در چند حالت مختلف با درصدهای جرمی مختلفی از نیتروژن[2] انجام شده است. در این‌ جا چهار حالت با درصدهای جرمی مختلفی از نیتروژن شامل 5/0%، 1%، 2% و 3% شبیه‌ سازی انجام شده است. نتایج برای این چهار حالت در جدول 2 ارائه شده است.

جدول 2. نتایج شبیه‌ سازی‌ ها در حالت ایده‌ آل و چهار حالت مورد بررسی

شکل 5. شماتیک سیستم شبیه‌ سازی شده در هایسیس به طور کامل، شامل 15 یونیت داخلی و یک یونیت خارجی

فرضیات شبیه‌سازی

معمولا عملکرد سیستم‌ های VRF و فشارهای پایین و بالای عملکردی در آن‌ ها وابسته به شرایط محیطی و پارامترهای عملکردی خود سیستم است، به همین دلیل نمی‌ توان فشار بالا و پایین دقیقی برای آن اعلام کرد. دمای محیط 35 و دمای محیط داخل برابر 25 در نظر گرفته شده است. اختلاف دمای خروجی کندانسور با محیط و خروجی اواپراتور با محیط با توجه به اطلاعات فنی سازنده‌ ها به ترتیب برابر 2 و  3 در نظر گرفته شده است. در این شبیه‌ سازی با توجه به طیف‌ های معقولی که برای فشار بالا و پایین وجود دارد و طی یک فرآیند سعی و خطا، فشار بالا و پایین به ترتیب برابر 35 بار و 9 بار انتخاب شده‌ اند. در واقع یک حالت ایده‌آل در نظر گرفته و در آن با فشارهای بالا و پایین و دبی جرمی بازی شده تا یونیت خارجی و یونیت‌ های داخلی به ظرفیت‌ های مد نظر رسیده و ضریب عملکرد بدست آمده برای کل سیستم با ضریب عملکرد واقعی ارائه شده در کاتالوگ فنی سازنده یکسان باشد. در ضمن باید توجه داشت که دبی جرمی در هر انشعاب با توجه به نسبت ظرفیت یونیت‌ های داخلی پایین دست بین دو شاخه آن تقسیم شده است.

بعد از اطمینان یافتن از سازگاری نتایج شبیه‌ سازی برای حالت ایده‌ آل[1] با اطلاعات موجود در کاتالوگ فنی سازنده، می‌ توان به سراغ حالت‌ های دیگر که در آن‌ ها ناخالصی وجود دارد رفت. نوع ناخالصی را می‌ توان با توجه به فرآیند نصب تخمین زد. همان‌ طور که پیشتر هم گفته شد بعد از اتمام فرآیند نصب یونیت‌ های داخلی، خارجی و لوله‌ کشی‌ ها و دقیقا پیش از شروع فرآیند وکیوم کردن، خطوط لوله توسط نیتروژن شست‌ و شو داده می‌ شوند. در ادامه هم با کمک تزریق نیتروژن با فشار تقریبی 4000 کیلوپاسکال خطوط از نظر نشتی تست می‌ شوند. بنابراین می‌ توان انتظار داشت که در صورت انجام نامناسب وکیوم در داخل خطوط نیتروژن باقی بماند. به همین دلیل شبیه‌ سازی در چند حالت مختلف با درصدهای جرمی مختلفی از نیتروژن[2] انجام شده است. در این‌ جا چهار حالت با درصدهای جرمی مختلفی از نیتروژن شامل 0.5%، 1%، 2% و 3% شبیه‌ سازی انجام شده است. نتایج برای این چهار حالت در جدول 2 ارائه شده است.

جدول 2. نتایج شبیه‌ سازی‌ ها در حالت ایده‌آل و چهار حالت مورد بررسی

[1] حالت ایده‌ آل حالتی است که در آن تنها مبرد R-410a در سیستم وجود داشته و هیچ ناخالصی در آن در نظر گرفته نشده است.

[2]  منظور درصد جرمی نیتروژن نسبت به مبرد است.

 حالت ایده‌ آل حالتی است که در آن تنها مبرد R-410a در سیستم وجود داشته و هیچ ناخالصی در آن در نظر گرفته نشده است.

 

‌همان‌ طور که در جدول 2 دیده می‌ شود در حالت ایده‌ آل سیستم شبیه‌ سازی شده می‌ تواند 60.83 کیلووات بار سرمایشی را با مصرف 17.16 کیلووات برق تولید کند. درنتیجه ضریب عملکردی در حدود 3.45 خواهد داشت. اما اگر به حالت‌ های دیگر دقت شود، می‌ توان دید وجود نیتروژن (به عنوان یک ناخالصی) به دلیل وکیوم کردن نامناسب می‌ تواند هم مصرف برق را افزایش داده و هم باعث کاهش بار سرمایی تولید شده گردد، بنابراین وجود ناخالصی در سیستم از دو جهت تاثیر منفی خواهد داشت. به عنوان نمونه می‌ توان دید که حتی مقادیر کم نیتروژن (1% جرمی نیتروژن) می‌ تواند ضریب عملکرد را تا 2.56% کاهش دهد. به بیان ساده‌ تر می‌ توان گفت در یک سیستم با 20 کیلوگرم مبرد، وجود فقط 200 گرم نیتروژن می‌ تواند بازدهی را به صورت محسوسی (2.56%) کاهش دهد. این شبیه‌ سازی اهمیت وکیوم کردن خوب برای جلوگیری از وجود ناخالصی در چرخه تبرید را به خوبی نشان می‌ دهد. بنابراین باید همواره به فرآیند وکیوم کردن به عنوان یک فرآیند مهم که انجام درست آن می‌تواند تاثیر محسوسی بر عملکرد سیستم داشته باشد، پرداخته شود.

 

Device rotate

لطفاً برای تجربه کاربری بهتر دستگاه خود را ۹۰ درجه بچرخانید.