مقایسه چیلر و سیستم VRF

چیلر و سیستم VRF از جمله سیستم های تبرید متداولی هستند که می توان در ساختمان های مختلفی آن ها را دید. این دو سیستم می توانند کارکرد مشابهی داشته باشند و به همین دلیل انتخاب یکی از آن ها برای یک کاربرد خاص، مشکل است. در این مقاله با این سیستم ها آشنا می شویم و ویژگی های مختلف آن ها را بررسی می کنیم تا درک درستی از طیف کاربرد، مزایا و معایب آن ها داشته باشیم. قبل از ورود به بحث مقایسه چیلر و VRF، ابتدا به صورت مختصر با آن ها آشنا می شویم.

سیستم VRF چیست؟

سیستم VRF یا Variable Refrigerant Flow (مبرد با دبی متغیر) یکی از سیستم های به روز و با فناوری بالا است که برای خنک کاری ناحیه های مختلفی طراحی شده است. این سیستم از دو بخش تشکیل شده است که بخش اول، خارج از ساختمان قرار می گیرد و بخش دوم در داخل ساختمان و در قسمت های مختلف قرار می گیرد.

سیستم های VRF از چرخه تبرید تراکمی بخار برای ایجاد مبرد با دمای پایین استفاده می کنند و بنابراین از چهار جزء اصلی کندانسور (Condenser)، کمپرسور (Compressor)، شیر انبساط (Expansion Valve) و اواپراتور (Evaporator) تشکیل شده اند. در این سیستم، اواپراتور از چندین مبدل حرارتی جداگانه تشکیل شده است که در بخش های مختلف یک ساختمان و در داخل آن قرار می گیرند. به غیر از اواپراتور، دیگر اجزای سیستم VRF در خارج از ساختمان جای می گیرند که مهم ترین دلیل این کار، انتقال گرمای کندانسور به هوای خارج از ساختمان است. علاوه بر این بخش ها، این سیستم دارای یک کنترلر پیچیده است که مهم ترین وجه تمایز آن با سایر سیستم های تبرید به حساب می آیند.

این کنترلر، دبی مبرد خنک را با نسبت های مختلف بین اواپراتورها تقسیم می کند. در تمام سیستم های تبرید تهویه مطبوع، یک سیال ثانویه که اغلب آب یا هوا است، توسط مبرد خنک شده و این سیال برای انتقال سرما به بخش های مختلف ساختمان انتقال می یابد اما در سیستم VRF، مبرد به صورت مستقیم به بخش های مختلف ارسال می شود (مطالعه بیشتر: سیستم VRF چیست،‌ تفاوت vrf و داکت اسپلیت).

چیلر چیست؟

چیلر (Chiller) یک واژه عمومی است که به دستگاه های خنک کاری اطلاق می شود. مهم ترین هدف استفاده از این دستگاه، انتقال گرما از محیط گرم به محیط سرد است. انواع مختلفی از چیلرها وجود دارند اما در این مقاله ما تنها نوع خاصی از چیلرها را بررسی می کنیم که برای کاربرد تهویه مطبوع یک ساختمان با بخش های مختلف استفاده می شود (مقاله مرتبط: چیلر تهویه مطبوع)

از این پس هرگاه در این مقاله از واژه چیلر استفاده شد، منظور چیلر با چرخه تبرید تراکمی است که اواپراتور آن، آب سرد تولید می کند و این آب برای انتقال سرما به بخش های مختلف ساختمان فرستاده می شود یا آب سرد به هواساز منتقل شده و هواساز با استفاده از گردش هوا، ساختمان را خنک می کند.

در ادامه مقایسه چیلر و VRF را از جنبه های مختلف بررسی می کنیم.

بررسی و مقایسه چیلر و سیستم vrf

دقت و کنترل پذیری سیستم

در مقایسه چیلر و VRF در زمینه دقت کنترل و فرمان پذیری، برنده قطعی، سیستم VRF است. بزرگ ترین مزیت VRF نسبت به سایر سیستم های تبرید، دقت آن در کنترل و مدیریت عالی برای خنک کاری بخش های مختلف به صورت جداگانه است. اگر یونیت خارجی مجزا برای سیستم VRF در نظر گرفته شود، می تواند به صورت مستقل و جداگانه به یک فضا گرمایش داده و به فضای دیگه سرمایش دهد. علاوه بر این سیستم وی ار اف با گرفتن دمای طراحی داخلی و دمای محیط خارجی می تواند برای هر فضا، حجم تعیین شده مبرد و در نتیجه دمای تنظیم شده هر فضا را داشته باشد.

معماری سیستم

مهم ترین جنبه مقایسه چیلر و VRF، بحث معماری و نحوه اتصال به بخش های مختلف ساختمان است. سیستم VRF برای دست یابی به کنترل دقیق، نیاز به تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی زیادی دارد. اغلب این تجهیزات در واحد خارج از ساختمان سیستم قرار می گیرند. همچنین این سیستم نیازمند کابل های ارتباطی جداگانه برای دریافت و ارسال اطلاعات به هر واحد داخلی است.

با در نظر گرفتن لوله های مسی برای انتقال مبرد، کابل های الکتریکی و کابل های مخصوص ارسال و دریافت داده، سیستم VRF را می توان یک سیستم بسیار پیچیده در نظر گرفت. در مقابل، معماری چیلرها و عملکرد آن ها ساده است و به کنترلرهای پیچیده با اتصالات الکتریکی و الکترونیکی فراوان نیازی ندارد. علاوه بر این، به گردش در آوردن آب سرد نیز ساده بوده و با استفاده از اصول اولیه پایپینگ، طراحان تهویه مطبوع و سیستم های مکانیکی ساختمان می توانند سیستم مورد نیاز را طراحی کنند.

سیستم کنترل روغن

سیستم کنترل روغن یکی از موارد مهم است که باید در مقایسه چیلر و VRF بررسی شود. در سیستم VRF، مبرد در مداری که برای آن تعبیه شده، می چرخد. در این سیستم، روغن همراه با مبرد از کمپرسور خارج شده و تمام مدار تبرید را دور می زند و به همین دلیل، بازگشت تمام روغنی که از کمپرسور خارج شده، ضروری است تا روغن کاری سیستم به درستی انجام شود.

در بارهای کم، سرعت روغن و مبرد برای بازگشت به کمپرسور کافی نیست و برای بازگرداندن تمام روغن باید هر چند ساعت یک بار، سیستم در بار نامی کار کند. در برخی از سیستم های VRF طول مدار مبرد بسیار طولانی است و این مقدار به بیش از 130 متر نیز می رسد. هر چه طول این مدار طولانی تر باشد، مشکل بازگشت روغن به کمپرسور نیز بیشتر خواهد شده و همچنین کارایی سیستم پایین خواهد آمد. در چیلرها، مشکل روغن که چالش بزرگی برای VRF است، وجود ندارد. تمامی چیلرها دارای یک سیستم جداگانه برای کنترل روغن هستند و بنابراین نیازی به طی کردن مسافت طولانی برای روغن وجود ندارد.

جریان مبرد در سیستم

یکی از مواردی که باید در مقایسه چیلر و VRF بررسی شود، جریان مبرد در مدارهای تبرید است. در سیستم های VRF به دلیل طولانی بودن چرخه تبرید، مقدار بسیار زیادی مبرد وجود دارد. در بارهای پایین، تعداد کمی از کمپرسورها فعال خواهند بود و در این حالت، تمام دبی مبرد توسط کمپرسورهای اینورتردار فشرده خواهد شد.

در چنین شرایطی، احتمال ایجاد مشکل در سیستم بسیار بالا است و ممکن است مبرد در فاز مایع وارد کمپرسور شود که باعث سوختن موتور یا خرابی آب بندی کمپرسور می شود. در سیستم  VRF عموما از R410 استفاده می شود که فشار کاری بالایی داشته و به همین خاطر برای مناطق گرمسیر توصیه نمی شود. برای اطلاع از مبردهای استفاده شده در سیستم های تبرید مبرد چیست و انواع مبرد ها و سرمازا را بخوانید.

در چیلرها مشکل وارد شدن مبرد در فاز مایع به کمپرسور در صورت طراحی صحیح سیستم، وجود ندارد. در یک چیلر، مبردی که نیاز نیست استفاده شود، در کندانسور به صورت ساکن باقی می ماند.

نگهداری

در مقایسه چیلر و VRF، این نکته واضح است که نگهداری، سرویس و تعمیر چیلرها به مراتب آسان تر از سیستم های VRF است. دلیل این مسئله نیز تعداد بالای تجهیزات VRF است. برای نگهداری از یک چیلر، تنها باید کارهای زیر به صورت دوره ای انجام شوند:

• تمیز کردن لوله های اواپراتور و کندانسور
• تمیز کردن برج خنک کن
• بررسی پمپ آب خنک کن کندانسور
• بررسی شیرهای آب خنک کن و آب خنک خروجی از اواپراتور
• تمیز کردن فیلترهای هواساز

در صورت استفاده از سیستم VRF، موارد زیر باید به صورت دوره ای انجام شوند:

• بررسی فشار مبرد در لوله های مختلف (احتمالاً بیشتر از 80 مورد)
• بررسی عملکرد کمپرسورهای سیستم
• بررسی عملکرد شیر انبساط
• تعویض عایق های داخلی

هر کدام از موارد مربوط به VRF نیازمند وقت و انرژی بیشتری است و به همین دلیل، نگهداری از این سیستم ها به نیروی انسانی بیشتری نیاز دارد. البته ممکن است تمام موارد بالا با سیستم شما منطبق نباشند و سیستم شما با توجه به طراحی به خصوصی که دارد، نیازمند برنامه نگهداری متفاوت تری باشد. یکی از معیارهای انتخاب در سیستم های تهویه مطبوع، ساده بودن سیستم و تعداد پایین قطعات است و در این مورد، سیستم های VRF با صدها قطعه و احتمال خرابی و ایراد بیشتر، از رقابت با چیلرها جا می مانند.

نصب

چیلرها با استفاده از لوله های فولادی به هواساز، پمپ و برج خنک کن متصل می شوند. این لوله ها اغلب قطری به اندازه 300 میلی متر دارند و به همین دلیل به فضای زیادی در سقف و کنار دیواره ها نیاز دارند. علاوه بر این، اتصال این لوله ها از طریق جوشکاری انجام می شود.

در مقابل در سیستم VRF، واحدهای خارجی و داخلی با استفاده از لوله های مسی عایق شده متصل می شوند و حداکثر قطر این لوله ها تنها 16 میلی متر است. با این توصیف، فضای اشغال شده در داخل ساختمان توسط این سیستم، بسیار کمتر از چیلرها است. با وجود اینکه قطر لوله های VRF بسیار پایین است، تعداد لوله های این سیستم بسیار بیشتر از چیلرها است و در مقایسه چیلر و VRF، نصب VRF بسیار سخت تر و زمان برتر خواهد بود. بنابراین می توان گفت در مجموع، هزینه نصب سیستم های VRF بالاتر از چیلرها است.

قیمت

اگر بخواهیم مقایسه چیلر و VRF از نظر هزینه اولیه را تنها در یک جمله خلاصه کنیم، باید بگوییم به صورت کلی قیمت چیلرهای آب خنک بیشتر از VRF است. در مقابل، هزینه های جاری در چیلرهای آب خنک به دلیل بالاتر بودن بازده و راحت تر بودن نگهداری، پایین تر از VRF است. برای یک سیستم با ظرفیت 1200 تن تبرید، قیمت چیلر آب خنک در حدود 10 درصد بیشتر است.

در مقابل، هزینه های جاری برای یک چیلر با ظرفیت ذکرشده، در حدود 15 درصد پایین تر است. با وجود بالاتر بودن قیمت چیلرهای آب خنک، این سیستم ها باعث کاهش قابل توجه هزینه انرژی و هزینه های عملیاتی می شوند. بنابراین بازگشت سرمایه برای چیلرهای آب خنک نسبت به سیستم VRF در حدود سه سال برای ظرفیت 1200 تن تبرید است. البته این اعداد برای رنج ظرفیت ذکرشده صحیح هستند و برای پروژه های دیگر ممکن است نتایج کاملا برعکس باشند.

مصرف انرژی

مصرف انرژی در چیلرهای آب خنک به دلیل بالاتر بودن بازده، پایین تر از سیستم VRF است. همچنین در سیستم vrf به دلیل کنترل دقیق تر مصرف انرژی، میزان انرژی مصرفی پایین تر از چیلرهای هوا خنک خواهد بود.

سخن آخر

در مقایسه چیلر و VRF برای سیستم هایی با ظرفیت بین 100 تا 200 تن تبرید با تعداد واحدهای داخلی محدود، سیستم VRF می تواند انتخاب مناسبی باشد و همچنین برای سیستم هایی با پنل مرکزی کوچک و فضای در اختیار محدود، استفاده از چیلر به همراه هواساز، انتخاب مناسبی نیست. در چنین سیستم هایی با اندازه کوچک، سیستم vrf، یک سیستم ساده با پایپینگ ساده و پیچیدگی کم خواهد بود.

در مقابل، زمانی که اندازه و ظرفیت سیستم بالاتر از مقدار ذکر شده باشد، پیچیدگی سیستم VRF افزایش یافته و در چنین شرایطی استفاده از چیلر با خروجی آب سرد به همراه هواساز یا واحدهای داخلی جداگانه مناسب تر خواهد بود. هزینه کل چیلر در طول دوره استفاده برای سیستم های بزرگ، کمتر از VRF بوده و همچنین امنیت و اعتمادپذیری آن نیز بالاتر خواهد بود.