مقایسه چیلر و سیستم VRF

مقایسه سیستم VRF با چیلر و بررسی تفاوت عملکرد آن ها با یکدیگر، یکی از چالش های کارفرمایان در زمان انتخاب یک سیستم سرمایشی مناسب برای پروژه مورد نظر است.در مقایسه چیلر و VRF به سؤال هایی اشاره می شود از قبیل اینکه چیلر بهتر است یا VRF؟ برای پروژه ما کدام یک را پیشنهاد می کنید؟ مصرف برق چیلر کمتر است یا VRF؟ تفاوت عملکرد و کاربرد چیلر و VRF چیست؟

کارشناسان تهویه نگار پیش از این به طور کامل و جامع در مورد سیستم VRF و چیلر مطالب مفیدی را ارائه داده اند و در این مقاله، چیلر یا مینی چیلر با سیستم VRF که از جمله تجهیزات رایج و امروزی در صنعت تهویه مطبوع بشمار می روند مورد مقایسه قرار داده ایم که می تواند راهنمای خوبی جهت شناخت فاکتورهای لازم برای انتخاب هریک از آن ها باشد . فاکتورهایی که سعی شده به تمامی آن ها پرداخته شود.

ایجاد شرایط مطلوب زیست محیطی در ساختمان، خواه محل کار باشد یا منزل و … از اهمیت بسیاری برخوردار است که مهمترین مؤلفه آن تهویه هوایی مطبوع برای ساکنین ساختمان با توجه به نوع فعالیت آن ها و کاربری آن فضا می باشد. زیباترین و گرانبهاترین ساختمان ها در صورتی که فاقد سیستم تهویه مطبوع مناسبی باشند، قابل سکونت نخواهند بود؛ لذا، انتخاب یک سیستم ایده آل جهت پروژه های تهویه مطبوع، منوط به شناخت کامل انواع سیستم ها، تجهیزات و اساس و نحوه عملکرد آن ها، آگاهی از عوامل مؤثر جانبی و نیز محدودیت های موجود می باشد. لذا پیش از مقایسه، نحوه عملکرد چیلر و سیستم VRF را مرور خواهیم کرد.

چیلر به همراه فن کویل

چیلر به دستگاهی اطلاق می شود که از طریق یک سیکل برودتی (تراکمی یا جذبی)، گرمای جریان سیالی بنام مبرد را دفع کرده و با به گردش درآوردن مبرد سرد، درون یک مبدل حرارتی (اواپراتور) آب ورودی به چیلر را تا دمای مورد نظر کاهش می دهد. آب خروجی از چیلر با دمای 7 درجه سانتی گراد (در مصارف تهویه مطبوع) می تواند وارد ترمینال یونیت هایی بنام فن کوئل شود که هریک از آنها درون اتاق یا فضایی از داخل ساختمان، نصب شده اند. فن کوئل یونیتی است متشکل از فن دمنده و کویلی با لوله های مسی که با عبور جریان آب خنک چیلر از درون لوله های آن، دمای جریان هوای عبوری از روی کویل پایین می آید. نهایتاً، هوای خنک شده، توسط فن به داخل اتاق دمیده شده و به این ترتیب دمای اتاق کاهش پیدا می کند.

پیشنهاد مطالعه:

بررسی چیلر تراکمی آب خنک

بررسی چیلر تراکمی هوا خنک

بررسی مینی چیلر و فن کویل

مینی چیلر (Mini chiller) همان طور که از نامش پیداست، چیلری کوچک با ظرفیت محدود (معمولاً کمتر از 10 تن تبرید) می باشد.

سیستم VRF

VRF که مخفف عبارت Variable Refrigerant Flow می باشد سیستمی است که اولین بار توسط شرکت دایکین (DAIKIN) ژاپن به بازار معرفی شد. سیستمی که اساس عملکرد آن مشابه چیلر و فن کوئل می باشد. چنانکه در این سیستم یک یونیت خارجی مانند چیلر و یونیت هایی داخلی درست مانند فن کوئل تعریف می شوند. با این تفاوت که به جای آب سرد، این مبرد است که مستقیماً توسط کمپرسور موجود در یونیت خارجی پمپ شده و پس از عبور از شیر انبساط با دمایی پایین وارد کویل یونیت داخلی می شود و به این ترتیب جریان هوای عبوری از روی کویل خنک خواهد شد. در واقع این سیستم نیز مانند اسپلیت (کولر گازی) و داکت اسپلیت نوعی سیستم تهویه مطبوعِ انبساط مستقیم (DX) محسوب می شود.

یونیت خارجی (کندانسینگ یونیت) شامل کمپرسور و کندانسور هوایی و هریک از یونیت های داخلی (هوارسان) شامل شیر انبساط، اواپراتور هوایی و فن دمنده می باشند.

در فناوری VRF از کمپرسورهای روتاری یا اسکرال اینورتردار استفاده می شود، بهمین علت نرخ جریان مبرد ورودی به لوله های کویل، می تواند متغیر باشد. این گونه کمپرسور، بر مبنای بار گرمایی جذب شده توسط یونیت های داخلی، مبرد مورد نیاز را پمپ می کند.

تفاوت و مقایسه چیلر و VRF

تفاوت اصلی چیلر و VRF این است که چیلر یک دستگاه برودتی آبی است، اما سیستم VRF یک دستگاه سرمایشی و گرمایشی از نوع انبساط مستقیم است. به بیان ساده تر، چیلر آب سرد تولید می کند و با انتقال آن به فن کویل یا هواساز، سبب سرمایش می شود. اما سیستم وی آر اف یا VRF از طریق ماده مبرد سبب ایجاد سرمایش یا گرمایش در یونیت های داخلی متصل به آن می شود.

برای آنکه بتوان از هر جهت مقایسه ای مستند و قابل قبول بین چیلر یا مینی چیلر و VRF انجام داد، پروژه ای مسکونی را بعنوان نمونه در نظر گرفته و آن را مبنای مقایسۀ دو سیستم قرار خواهیم داد. بعلاوه، می بایست تفاوت های چیلر مرکزی و مینی چیلر نیز، در این مطالعه لحاظ شوند.

مشخصات پروژه نمونه به این شرح است:

– یک آپارتمان مسکونی 5 طبقه و هر طبقه دارای دو واحد مشابه و قرینه یکدیگر

– متراژ مفید هر واحد: 170 متر مربع شامل سه اتاق خواب (هریک 20 متر مربع)، آشپزخانه (23 متر مربع)، پذیرایی (60 متر مربع) و اتاق نشیمن (27 متر مربع)

– محل پروژه: قزوین

منظور از متراژ مفید، صرفاً فضایی است که نیاز به سرمایش و گرمایش دارد که شامل سرویس های دستشویی و حمام نمی شود.

انتخاب فن کوئل

انتخاب فن کوئل با توجه به بار برودتی هر فضا و از طریق کاتالوگ شرکت سازنده انجام می گیرد. رایج ترین نوع فن کوئلی که در پروژه های مسکونی استفاده می شود، فن کوئل سقفی توکار است. بنابراین، فن کوئل های انتخابی از نوع سقفی توکار بوده و برای هر واحد عبارتند از:

• سه دستگاه فن کوئل 300cfm برای اتاق ها
• یک دستگاه فن کوئل 400cfm برای آشپزخانه
• دو دستگاه فن کوئل 400cfm برای پذیرایی
• یک دستگاه فن کوئل 400cfm برای اتاق نشیمن

انتخاب مینی چیلر

با توجه به فن کوئل های انتخابی برای هر واحد، یک دستگاه مینی چیلر به ظرفیت برودتی 5 تن تبرید مناسب خواهد بود.

انتخاب چیلر مرکزی

با توجه به فن کوئل های انتخابی برای کل ساختمان، یک دستگاه چیلر مرکزی به ظرفیت برودتی 35 تن تبرید جوابگو می باشد.

در محاسبه ظرفیت برودتی چیلر مرکزی برای یک ساختمان مسکونی، می بایست این موضوع را در نظر گرفت که تمامی فن کوئل های نصب شده در داخل ساختمان، همزمان روشن نیستند؛ بنابراین ظرفیت چیلر مرکزی درصدی از مجموع ظرفیت فن کوئل ها می باشد. درصدی که معمولاً در محاسبات مینی چیلرها یا لحاظ نمی شود یا درصد به مراتب بیشتری خواهد بود.

انتخاب یونیت های داخلی سیستم VRF

انتخاب یونیت های داخلی VRF با توجه به بار برودتی هر فضا و از طریق کاتالوگ شرکت سازنده انجام می گیرد. انواع یونیت های داخلی در سیستم VRF کاملاً مشابه انواع فن کوئل ها می باشد. لذا، برای یکسان سازی بیشتر شرایط مقایسه از یونیت های داخلی نوع سقفی توکار استفاده می کنیم که برای هر واحد عبارتند از:

• سه یونیت داخلی 2.2kW (7500BTU/h) برای اتاق ها
• یک یونیت داخلی 2.8kW (9550BTU/h) برای آشپزخانه
• دو یونیت داخلی 2.8kW (9550BTU/h) برای پذیرایی
• یک یونیت داخلی 2.8kW (9550BTU/h) برای اتاق نشیمن

در انتخاب ظرفیت مناسب برای یونیت خارجیِ سیستم VRF می بایست به مانند چیلر مرکزی، درصدی از مجموع ظرفیت یونیت های داخلیِ انتخابی را مبنا قرار داد. این چنین، یک دستگاه یونیت خارجی به ظرفیت برودتی 35 تن تبرید جوابگوی نیاز این ساختمان خواهد بود.

در محاسبه بار برودتی برای یک ساختمان، همواره واحدهای طبقه آخر به علت تابش مستقیم آفتاب به سقف، بار بیشتری نسبت به سایر واحدها خواهند داشت؛ لذا، در واقع می بایست دستگاه های انتخابی برای این واحدها، ظرفیت بیشتری داشته باشند. اما از آنجا که در این مقاله صرفاً بحث مقایسه مطرح می باشد، جهت ساده سازی محاسبات، بار برودتی تمامی واحدهای ساختمان یکسان لحاظ شده اند.

مقایسه قیمت سیستم VRF با چیلر

قیمت هایی که جهت برآورد هزینه خرید دستگاه ها اعلام می گردد تقریبی بوده و تنها بمنظور مقایسه، عنوان می شوند.

سیستم های VRF در برندهای مختلفی از جمله شرکت دایکین، میتسوبیشی، سامسونگ, ال جی و … در بازار موجود است و ما در این مقاله، برند ال جی را برای مقایسه در نظر گرفته ایم.

این چنین هزینه های خرید برای کل ساختمان به شرح ذیل است:

مقایسه قیمت ها نشان می دهد که با وجود برآورد سیستم VRF به عنوان یک سیستم مرکزی، قیمت تمام شدۀ آن تفاوت چندانی با گزینه اول، یعنی مینی چیلرها و فن کوئل ها ندارد. بنابراین، در صورت انتخاب یک یونیت خارجی مجزا برای هر واحد، طبیعتاً قیمت خرید سیستم VRF برای کل ساختمان اختلاف زیادی با سایر انتخاب ها پیدا می کند. نتیجه آنکه چیلر مرکزی بهمراه فن کوئل ها، مناسب ترین قیمت خرید را خواهند داشت و در شرایطی که انتخاب کارفرما VRF باشد، بهتر است تا جایی که امکان دارد در قالب یک سیستم مرکزی پیش بینی شود.

پیش از این، مزیت عمده مینی چیلرها، داکت اسپلیت ها، کولرهای گازی و سایر سیستم های مستقل نسبت به چیلر یا VRF مرکزی، مجزا بودن محاسبه هزینه برق مصرفیِ هر واحد از ساختمان بود و اینگونه ساکنین، دقیقاً با توجه به میزان مصرفی که سیستم سرمایشیِ خود داشتند، پول برق را می پرداختند. اما، امروزه ابزاری به اسم اندازه گیر انرژی (Energy meter) کمک می کند که بتوان با وجود بکارگیری چیلر مرکزی، سهم برق مصرفی هر واحد را جداگانه محاسبه نمود. همچنین در خودِ سیستم VRF نیز قابلیتی دیده شده که امکان کنترل مصرفِ برق هر واحد را فراهم کرده است.

مقایسه مصرف برق سیستم VRF با چیلر

یکی از دغدغه های مهم مشتریان و کارفرمایان در انتخاب بین سیستم VRF با چیلر مرکزی یا مینی چیلر، مقدار برق مصرفی آنهاست. لذا ما در این گزارش مصرف برق هر یک از این دستگاه ها را با یکدیگر مقایسه کرده ایم.

برق مصرفی دستگاه ها با توجه به کاتالوگ شرکت های سازنده اعلام می گردد که می تواند در برندهای مختلف تا حدودی متفاوت باشد.

این چنین برق مصرفی کل ساختمان به شرح ذیل است:

با فرض 14 ساعت در شبانه روز فعال بودن سیستم های سرمایشی (در حالت تمام بار) و مبلغ میانگین 1000 ريال هزینه به ازای هر کیلووات- ساعت برق مصرفی، داریم:

همانطور که بنظر می رسد، مصرف برق مینی چیلرها، بمراتب بالاتر از سایر گزینه هاست و هزینۀ قابل توجهی را برای هر واحد از ساختمان ایجاد می کند. از طرف دیگر، ظاهراً VRF در مقایسه با مجموعۀ چیلر مرکزی و فن کوئل ها، نزدیک به 30% مصرف برق کمتری دارد. اما، در رابطه با جدول فوق می بایست به این نکتۀ مهم توجه داشت که معمولاً در بکارگیریِ سیستم VRF در چنین پروژه هایی به دلایلی از جمله: مسائل کنترلی، پیچیدگی های لوله کشی و نیز کاهش راندمانِ یونیت های داخلیِ دور از یونیت خارجی، ترجیح بر این است که برای هر واحد، یک یونیت خارجی جداگانه در نظر گرفته شود. بنابراین، در چنین شرایطی هزینۀ مصرف برقِ VRF برای هر واحد در مقایسه با چیلر مرکزی و فن کویل نه تنها کمتر نبوده بلکه بین 20 تا 30 درصد بیشتر نیز خواهد بود. چراکه چیلر هرگز در تمامِ این 14 ساعت، تمام بار (Full load) کار نکرده و بعلاوه تنها ظرفیتی معادل 50 تا 70 درصدِ مجموع ظرفیت فن کویل ها دارد. درحالی که برای انتخاب VRF تقریباً ظرفیتی معادل تمام ظرفیت یونیت های داخلی، لحاظ می گردد. بهمین علت، متغیر بودن جریان مبرد در این سیستم ها، تنها تا حدودی باعث کاهش مصرف برق در مقایسه با چیلر و فن کویل خواهد شد.

اگر مینی چیلر، دو کمپرسوره باشد به دلایلی که در بند قبل نیز گفته شد، مصرف برق مینی چیلر عملاً کمتر از عدد درج شده در جدول فوق بوده و تنها 20 الی 30 درصد بیشتر از VRF مستقل خواهد بود.

مقایسه سایر ویژگی های چیلر و سیستم VRF

علاوه بر مقایسه هایی که به لحاظ قیمت خرید و مصرف برق سیستم ها انجام شد، می توان چیلر و VRF را از جنبه های دیگری نیز با یکدیگر مقایسه نمود.

1. برای ساختمان هایی که در آن ها از سیستم VRF استفاده می شود، جهت تولید گرمایش در فصل سرما دو انتخاب وجود دارد. انتخاب اول استفاده از خودِ سیستم VRF (به شیوه هیت پمپ) می باشد که به منزله گرمایش ساختمان همراه با مصرف برق خواهد بود. کما اینکه گرمایش چنین سیستم هایی مثل کولر گازی و داکت اسپلیت، چندان مطلوب نبوده و اساساً گزینه مناسبی برای مناطقی که زمستان سردی دارند نمی باشد. اما انتخاب دوم، استفاده از یک سیستم جانبی مثل رادیاتور یا گرمایش از کف می باشد که هرچند برای تولید آبِ گرم مورد نیاز آنها از گاز که انرژی ارزان تری است استفاده می شود، اما اضافه کردن رادیاتور و یا لوله کشی کف برای گرمایش، خود هزینه مضاعفی را به پروژه تحمیل می کند. همه این ها در شرایطی است که با وجود فن کوئل دیگر نیازی به رادیاتور یا سایر سیستم های گرمایشی نخواهد بود؛ چراکه می توان بسادگی از آب گرمِ تولیدی دیگ یا پکیج، در خود فن کوئل ها استفاده نمود و گرمایش مطبوعی را حتی در اقلیم های سردسیر بوجود آورد.
2. بهره برداری از سیستم VRF در ساختمان های مرتفع محدودیت هایی را به دنبال دارد. چنانکه حداکثر فاصله عمودی مجاز بین یونیت خارجی و دورترین یونیت داخلی حدود 50 متر، حداکثر فاصله عمودی مجاز بین دو یونیت داخلی که از یک یونیت خارجی تغذیه می شوند، حدود 15 متر و در مجموع حداکثر طول مجاز لوله کشی حدود 1000 متر است. بهمین علت در کاتالوگ شرکت های سازنده VRF مقدار مجاز تمامی این فواصل اعلام می گردد. محدودیت هایی که طبیعتاً برای چیلر و فن کوئل ها وجود نداشته و تنها کافی است از پمپی با فشار (هِد) بیشتر برای به گردش درآوردن آب استفاده کرد. ضمن آنکه فن کوئل ها با هر فاصله ای نسبت به یکدیگر می توانند توسط یک چیلر مرکزی تغذیه شوند.
3. وجود توازن فشار در جریان مبرد بین یونیت خارجی و یونیت های داخلی از اهمیت زیادی در عملکرد درست سیستم های VRF برخوردار است. موضوعی که لوله کشی بین یونیت ها را بسیار حساس می کند. حساسیتی که به واقع در لوله کشی آب بین چیلر و فن کوئل ها وجود ندارد.
4. نشتی مبرد در سیستم های VRF یکی از نگرانی های جدی و قابل توجهی است که می تواند علاوه بر آسیب های زیست محیطی و به خطر انداختن سلامتی افراد، هزینه زیادی را جهت بازسازی سیستم ایجاد کند. چراکه توازن فشار مبرد از بین رفته و سیستم می بایست بعد از تخلیه کامل، مجدداً شارژ شود. در حالی که وجود نشتی در لوله کشی آب بین چیلر و فن کوئل ها براحتی قابل جبران و ترمیم خواهد بود.
5. مبرد استفاده شده در اغلب سیستم های VRF موجود در بازار R410A می باشد. مبردی که فشار کاری به شدت بالایی دارد و نمی تواند انتخاب مناسبی برای مناطقی با دمای محیط بالا باشد. بهمین علت بکارگیری سیستم های VRF در اقلیم های گرمسیر توصیه نمی شود. در شرایطی که در چیلرها یا مینی چیلرها، امکان طراحی و تولید دستگاه با مبرد کم فشاری بنام R134a وجود دارد؛ بنابراین دستگاه می تواند بدون هیچ توقفی، در گرمترین شرایط اقلیمی کار کند.

نتیجه گیری: انتخاب VRF یا چیلر؟

شرکت مهندسی تهویه نگار همواره سعی دارد متناسب با شرایط مالی کارفرمایان و همچنین شرایط اقلیمی محل پروژه، بهترین و کارآمدترین سیستم تهویه مطبوع را برای مشتریان خود در نظر بگیرد. همانطور که در مقایسه پارامترهای مختلف در مورد چیلر و سیستم VRF مشاهده نمودید، نقاط قوت و ضعفی در هر یک از آن ها وجود دارد و به طور کلی نمی توان گفت سیستمی در مقایسه با دیگری برتری مطلق دارد. به طور مثال چیلر مرکزی به همراه فن کوئل ها قیمت خرید کمتری دارند، اما مصرف برق سیستم VRF نزدیک به 30% پایین تر است. البته به نظر می رسد در مجموع انتخاب چیلر مرکزی و فن کوئل ها پیامدهای مثبت بیشتری داشته باشد. هرچند که خواسته و هدف مشتری در انتخاب سیستم بسیار مهم بوده و از طرفی وجود افراد کارشناس در ارائه راهنمایی و مشاوره ای درست و اصولی نیز حائز اهمیت می باشد.

به منظور مشاوره و انتخاب سیستم های مناسب تهویه مطبوع، با کارشناسان ما در ارتباط باشید.

کارشناس فروش (عمادی) 09904494274

پیشنهاد مطالعه :

مقایسه چیلر با داکت اسپلیت

مقایسه چیلر با اسپلیت (کولر گازی)