بررسی نصب سیستم مبرد جریان متغیر (Variable Refrigerant Flow: VRF) در ساختمان‌های بلند مرتبه

سیستم VRF با توجه به بازدهی بسیار مناسب و ویژگی‌ هایی مطلوب زیادی که ارایه داده، توانسته جایگاه مناسبی در بازار برای خود پیدا کند. به لطف بهبود‌های ایجاد شده سیستم VRF دامنه کاربرد خود را به پروژه‌ های مختلف گسترش داده است. این سیستم در سال‌ های اخیر توانسته سهم 24 درصدی از بازار کل تهویه مطبوع در دنیا را به خود اختصاص دهد. یکی از ویژگی‌ های سیستم‌ هایی VRF انعطاف بالا، وزن پایین و نیاز به فضای کم برای نصب است، این موضوع باعث شده تا بتوان آن را در شرایط مختلفی نصب کرد. علی رغم انعطاف بالا، استفاده از سیستم‌ های VRF در ساختمان‌ های بلند مرتبه همواره یکی از بحث‌ های چالشی در مورد این سیستم بوده است. به همین دلیل روش‌ های مختلفی برای نصب سیستم VRF در ساختمان‌ های بلند مرتبه ارایه شده تا بتوان بر محدودیت‌ های ارتفاعی موجود در نصب غلبه کرد. یکی از این راه‌ حل‌ ها استفاده از موتورخانه میانی یا نصب یونیت خارجی در تراس است. با این روش‌ ها می‌ توان سیستم را برای ساختمان‌ های بلند مرتبه بدون نگرانی درباره محدودیت‌ های اجرایی مانند حداکثر طول لوله‌ کشی نصب کرد. البته این روش‌ ها هم به دلیل تاثیر یونیت‌ های خارجی در طبقات مختلف بر روی هم‌ دیگر جای بحث دارند.

نصب نادرست و یا غیراستاندارد سیستم VRF می‌ تواند بازدهی و قابلیت اطمینان آن را به شدت مورد تاثیر قرار دهد. به همین دلیل برای استفاده درست و بهره بردن از ویژگی‌ های زیادی که سیستم‌ های VRF ارایه می‌ دهند، باید مراقب بود تا استانداردهای نصب به درستی رعایت شود. این موضوع وقتی دشوارتر می‌ گردد که با شرایطی رو به رو شویم که در راهنمای نصب و استانداردهای ارایه شده توسط سازنده‌ ها، توضیحاتی درباره آن ارایه نشده باشد. به همین دلیل در این مقاله نصب سیستم‌ های VRF در ساختمان‌ های بلند مرتبه مورد بحث قرار گرفته است.

پیش از پرداختن به ادامه بحث ابتدا محدودیت‌ های ارتفاعی و مسیری برای نصب سیستم‌ های VRF به شرح زیر ارایه می‌ شود.

شکل 1. محدودیت‌ های ارتفاعی و مسیری در نصب سیستم‌ های VRF

همان‌ طور که در شکل 1 دیده می‌ شود محدودیت‌ هایی در زمینه حداکثر ارتفاع، اختلاف ارتفاع بین یونیت‌ های داخلی و … وجود دارد که باید حتما آن‌ ها را در نصب رعایت کرد. این محدودیت‌ ها برای تمام برندها با تقریب بسیار خوبی یکسان می‌ باشند. بنابراین برای نصب سیستم‌ های VRF در ساختمان‌ های بلند مرتبه برای تخطی نکردن از این محدودیت‌ ها باید با در نظر گرفتن موتورخانه میانی و یا نصب یونیت‌ های خارجی در تراس‌ ها کار را پیش برد. اگر موتورخانه میانی مورد استفاده قرار گیرد فضای مفید زیادی هدر می‌ رود، هزینه اجرا افزایش یافته و اتلافاتی به سیستم تحمیل می‌ گردد. به همین دلیل در این مقاله راه‌ کار نصب یونیت‌ های خارجی در تراس برای یک ساختمان 30 طبقه اداری بررسی شده است. در شکل 1 نقشه یک طبقه نمونه که در آن محل نصب یونیت خارجی مشخص شده‌، ارایه گشته است.

شکل2. نمونه نصب یونیت خارجی در تراس

در صورتی که یونیت خارجی در تراس نصب شود، می‌ توان طول لوله‌ کشی و به تبع آن هزینه‌ های اجرا را به طور محسوس کاهش داده و هم زمان قابلیت اطمینان را نیز بالا برد. در کنار این مزایا نصب در تراس می‌ تواند معایبی هم داشته باشد که یکی از آن‌ ها تاثیر هوای خروجی یونیت‌ های خارجی بر یکدیگر است. از آن‌ جا که دمای هوای ورودی به یونیت خارجی تاثیر قابل توجهی بر بازدهی و قابلیت اطمینان سیستم‌ های VRF دارد، باید تلاش کرد تا همواره دمای هوای ورودی به یونیت خارجی در حالت سرمایش در کمترین مقدار ممکن باشد. در حالت نصب یونیت‌ های خارجی بر روی تراس و به صورت تیپ امکان تاثیر یونیت‌ های خارجی بر روی هم‌ دیگر بسیار زیاد است. در این تحقیق جریان حرارتی خروجی از یونیت‌ های خارجی با استفاده از روش دینامیکی سیالات محاسباتی[1] (CFD) و به کمک نرم افزار فلوئنت (Fluent Airpak) در یک پروژه نمونه شبیه‌ سازی شده است. در این پروژه بار یونیت خارجی مورد نیاز هر طبقه با مساحت 800 متر مربع برابر 69 کیلووات در نظر گرفته شده است. با این تفاسیر گرمای خروجی از یونیت خارجی حدود87.2 کیلووات با نرخ جریان هوای 7.2 کیلوگرم بر ثانیه است.

در ضمن باید ذکر کرد که دمای متوسط محیط در این تحلیل برابر 33 درجه سانتی گراد در نظر گرفته شده است. در صورت نصب یونیت‌ های خارجی در تراس و یا هر فضای دیگری که باعث ایجاد مانع در برابر جریان هوای خروجی یونیت خارجی در فاصله‌ ای کمتر از 3 متر شود، باید از کانال‌ های انحرانی مانند آن‌ چه در شکل 3 نشان داده شده است، استفاده کرد.

[1] Computational fluids dynamics

شکل 3. شماتیک نصب یونیت خارجی بر روی تراس و استفاده از کانال منحرف کننده

شبیه‌ سازی را در دو حالت نشان داده شده در شکل 4 انجام شده است:

یونیت خارجی هر طبقه در تراس مربوط به آن نصب می‌ شود، بنابراین در تمام طبقات یونیت خارجی وجود دارد.

یونیت خارجی هر دو طبقه مجاور، در یک طبقه نصب می‌ شود. در این حالت یونیت‌ های خارجی تنها در طبقات فرد قرار می‌ گیرند.

شکل 4. شماتیک قرار گرفتن یک و دو یونیت خارجی بر روی تراس

کانتور حرارتی جریان هوای خروجی از یونیت‌ های خارجی طبقات 24 تا 30 (طبقات حساس) برای حالت‌ های 1 و 2 به ترتیب در شکل‌ های 5 و 6 ارایه شده‌ اند.

شکل 5. کانتور حرارتی جریان هوای خروجی از یونیت‌ های خارجی طبقات 24 تا 30

با توجه به کانتور حرارتی جریان هوای خروجی از یونیت‌ های خارجی (شکل 5) به راحتی می‌ توان فهمید که در این حالت دما در ورودی یونیت‌ های خارجی بعضی از طبقات می‌ تواند تا بیش از 17درجه سانتی گراد نسبت به دمای محیط (33درجه سانتی گراد) یعنی 50درجه سانتی گراد بالا برود. این موضوع از دو جهت می‌ تواند مضر باشد اولا به شدت بازدهی دستگاه را کاهش داده و ثانیا باعث کاهش قابلیت اطمینان و حتی از کار افتادن دستگاه می‌ شود چرا که آستانه بالای دما برای عملکرد سیستم‌ های VRF عادی در برندهای مختلف تقریبا بین 43 تا 45 درجه سانتی گراد است.

شکل 6. کانتور حرارتی جریان هوای خروجی از یونیت‌ های خارجی طبقات 24 تا 30

در این حالت کانتور حرارتی وضعیت بسیار مناسب‌ تری داشته و دما ورودی به یونیت‌ های خارجی به طور میانگین 22% از حالت قبلی پایین‌ تر است. این موضوع می‌ تواند تضمین کننده عملکرد مطمئن و پربازده سیستم‌ ها باشد. برای بررسی دقیق‌ تر در شکل‌ های 7 و 8، کانتور دمای هوا ورودی به یونیت خارجی در طبقه 3 و طبقه 29 برای این حالت ارایه شده است.

 

  1. شکل 7. کانتور حرارتی جریان هوای ورودی به یونیت خارجی نصب شده در طبقه 3

شکل 8. کانتور حرارتی جریان هوای ورودی به یونیت خارجی نصب شده در طبقه 29

دمای میانگین هوای ورودی به یونیت خارجی در طبقه 29 حدود 5 درجه سانتی گراد از دمای طبقه سوم بالاتر است. البته در این طبقه هم دمای هوای ورودی نهایتا به 38 درجه سانتی گراد می‌ رسد که کماکان از محدود عملکرد استاندارد پایین‌ تر است. هر چند دستگاه افت اندکی خواهد داشت اما در مقایسه با افت یونیت خارجی نصب شده در طبقه مشابه در حالت قبل ناچیز است و قطعا دستگاه از نظر عملکرد دچار مشکل نمی‌ شود. در شکل 9 میانگین دمای ورودی به یونیت خارجی برای طبقات مختلف در دو حالت مورد بررسی نشان داده شده است.

شکل 9. دمای میانگین هوای ورودی به یونیت‌ های خارجی در طبقات مختلف برای دو حالت بررسی شده

همان‌ طور که در شکل 9 می‌ بینیم برای وقتی که یونیت‌ های خارجی در تمام طبقات قرار می‌ گیرند، دمای هوای ورودی به یونیت خارجی با پیشروی از طبقه اول به طبقه 30، به طور محسوس افزایش می‌ یابد. افزایش دما به قدری زیاد است که از طبقه 9 به بعد دمای هوای ورودی به بالاتر از  43 درجه سانتی گراد می‌ رسد. در این شرایط عملا سیستم‌ های VRF عادی قادر به کارکردن نخواهند بود. حتی اگر سیستم قادر به کار کردن هم باشد بازدهی و ظرفیت آن به شدت پایین خواهد بود. در حالت دوم که یونیت‌ های خارجی تنها در طبقات فرد نصب شده‌ اند (یونیت‌ های هر دو طبقه مجاور در یک طبقه قرار گرفته‌ اند) وضیعت بسیار مناسب‌ تر است و در بدترین حالت دمای هوای ورودی به یونیت خارجی به 38 درجه سانتی گراد می‌ رسد که تنها 5 درجه بالاتر از دمای عادی محیط است. حتی اگر شرایطی ایجاد شود که بتوان یونیت‌ های خارجی را هر سه طبقه در میان و یا با فاصله بیش‌ تر نصب نمود، می‌ توان انتظار داشت که یونیت‌ های خارجی تاثیر منفی‌ کمتری بر هم داشته و عملکرد بهتری داشته باشند.

با توجه به نتایج به دست آمده می‌ توان فهمید که چگونگی نصب اهمیت بسیار زیادی دارد. همواره در پروژه‌ های مختلف باید چیدمان و محل نصب یونیت‌ های خارجی را طوری انتخاب نمود که بهترین شرایط عملکردی ایجاد شده و یونیت‌ های خارجی بر هم کمترین تاثیر منفی را بگذارند. نتایج این تحقیق را می‌ توان به سایر سیستم‌ های هوا خنک نیز تعمیم داد. در ضمن برای نصب در بام و یا نصب یونیت‌ ها در کنار هم نیز باید به وضعیت آن‌ ها نسبت به یکدیگر توجه داشت تا تاثیر منفی بر عملکرد یکدیگر نداشته باشند. به صورت کلی باید شرایطی ایجاد کرد که به هیج وجه هوای خروجی از یونیت خارجی به ورودی خود دستگاه و یا دستگاه‌ های مجاور آن منتقل نشود. رعایت این موضوع ساده می‌ تواند تاثیر محسوسی بر عملکرد سیستم VRF و سیستم‌ های هوا خنک مشابه مانند چیلرهای هوا خنک داشته باشد.

نصب مناسب و استاندارد در سیستم‌ های VRF بسیار حایز اهمیت است و می‌ تواند کارکرد مطمئن و پربازده سیستم را تضمین نماید. 

Device rotate

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