مجله تاسیسات

در عصر حاضر افزایش مصرف انرژی مشکلاتی را در زمینه ی محیط زیست بوجود آورده است .مهم ترین قسمت مصرف انرژی از کل مصرف در سطح دنیا مختص ساختمان ها می باشد که 40درصد از 100 درصد مصرف را به خود اختصاص داده است . مسلما یکی از انواع وسایلی که می تواند در کاهش این مصرف سهم بسزایی داشته باشد سیستم های جدید و بروز است . VRFیکی از این سیستم ها به شمار می رود . با قابلیتی که این دستگاه دارد می توان مصرف انرژی ساختمان را به حداقل رساند . طی تحقیقات انجام شده در ایران می توان به این نتیجه رسید که استفاده از VRF در جهت کنترل دمای هوای ساختمان به طرز چشمگیری بین 28 تا 52 % باعث کاهش هزینه ی جاری می شود .

مصرف جهانی انرژی

طبق اطلاعات 20 ساله ای که آژانس بین المللی انرژی (IEA) در مورد رشد مصرف انرژی و انتشار آلاینده ها داده است ، مصرف انرژی ۴۹٪ و انتشار کربن دی اکسید ۴۳٪ دارای افزایش می باشد . در واقع مصرف انرژی و انتشار کربن دی اکسید سالانه به ترتیب بین 2% و 8/1%  رشد داشته است . همین امر نگرانی های زیادی را در رابطه با تامین انرژی ، افزایش گرمایش زمین ، تغییرات آب و هوایی ، خطرات زیست محیطی و افزایش آلاینده ها ایجاد کرده است . تغییرات شرایط زندگی از جمله افزایش جمعیت و توسعه ی تکنولوژی می تواند مهم ترین عامل در جهت مصرف بالای انرژی به شمار رود .

در کشورهای در حال توسعه مثل  آمریکای جنوبی و آفریقا، جنوب شرق آسيا و خاورمیانه نسبت به کشورهای توسعه یافته مانند استرالیا و نیوزلند ، اروپای غربی، ژاپن و آمریکای شمالی میزان افزایش مصرف انرژی بسیار بالاتر است و پیش بینی میشود در سالهای پیش رو این میزان بیشتر شده و گوی سبقت را نسبت به کشورهای توسعه یافته برباید .

با توجه به مطالب گفته شده می توان فهمید که در آینده ای نزدیک مشکلات انرژی و زیست محیطی در کشورهای در حال توسعه بسیار زیاد شده و ضرورت بهینه سازی در مصرف انرژی در این کشورها به یک بحث جدی تبدیل گردد .

میزان مصرف انرژی در ساختمان و لزوم بهینه سازی آن

صنایع، حمل و نقل و صنعت ساختمان سه بخش اعظم استفاده از انرژی هستند . افزایش جمعیت ، افزایش سطح رفاهی ، منطقه ی جغرافیایی و شرایط آب و هوایی باعث افزایش مصرف انرژی در ساختمان ها شده است . طبق تحقیقات و پژوهش های انجام شده سهم مصرف انرژی در ساختمان ها و صنایع وابسته نسبت به دو بخش دیگر یعنی صنعت و حمل ونقل رشد سریع تری داشته است.

در کشورهای اروپایی مصرف کل انرژی 40% و سهم مصرف انرژی در ساختمان ها 36% می باشد که این آمار نشانگر افزایش رشد مصرف انرژی می باشد .با توجه به این که بخش ساختمان مهم ترین مصرف کننده انرژی می باشد اما بیشتر توجهات به صنعت و حمل و نقل معطوف شده است. در آمریکا نیز وضع بر همین منوال است و هدر رفت انرژی در ساختمان بسیار بیشتر از عوامل دیگر می باشد .

در بخش ساختمان ها و صنایع مربوط به آن ۵۹% کل انرژی مصرفی به بخش گرمایش وسرمایش (تهویه مطبوع) اختصاص دارد . لذا با توجه به سهم قابل توجه انرژی مصرفی در ساختمان ها که معادل 1/42 میلیارد دلار می باشد ،اهمیت سرمایش وگرمایش  وبهینه سازی مصرف انرژی را برهمگان روشن کرده است .

امروزه بهینه سازی مصرف انرژی از طریق سیستم های جدیدی که روانه ی بازارصنعت شده اند قابل کنترل و کاهش می باشد .سیستم های تهویه مطبوع میتواند این وظیفه را به خوبی انجام دهند . VRF  یکی از انواع این سیستم هاست که در بازار جهانی تهویه مطبوع با استقبال خوبی روبرو شده است .

در ادامه ی این مقاله به معرفی vrf پرداخته و مزایای آن را نسبت به کاهش مصرف سرانه ی انرژی بیان خواهیم کرد .

معرفی سیستم VRF

کلمه VRF مخفف Variable Refrigerant Flow به معنای جریان مبرد متغیر می باشد. این سیستم یکی ازجدیدترین محصولات توسعه یافته بر اساس سیکل تبرید تراکمی بوده که تسهیلات و قابلیت های فوق العاده ای را به عنوان یک سیستم تهویه مطبوع مرکزی در اختیار کاربران قرار می دهند. در این سیستم ها یک کندانسور (واحد خارجی) به چندین اواپراتور یونیت داخلی متصل می شود .

سیستم تهویه مطبوع VRF دارای محسنات زیادی می باشد . چراکه بسیاری از معایب و محدودیت های دیگر سیستم ها را مثل نیاز به موتورخانه وعوامل اتلاف بازدهی مانند اتلاف در مسیر لوله کشی به دلیل انبساط در واحدهای داخلی را ندارد .

در کنار مزایای زیادی که این سیستم دارد نمی توان مهم ترین عیب آن را نادیده گرفت . هزینه ی اولیه ی خرید VRF در مقایسه با دیگر سیستم ها بالاست . اما پتانسیل بالای این سیستم برای کاهش مصرف انرژی باعث شده زمان بازگشت سرمایه نسبت به دیگر سیستم های تهویه مطبوع رایج حدود 5/1 سال باشد .

VRF علاوه بر مزیت اقتصادی از جهت فنی نیز دارای ویژگی هایی می باشد که در ادامه به آن اشاره می شود .

گنجایش بالا : سیستم های VRF آمادگی لازم جهت کابرد در پروژه های کوچک تا بزرگ را دارد.

و این به دلیل گنجایش بالای ۷ تا ۲۰۰ کیلووات این سیستم می باشد . هم چنین این ویژگی مهم و اساسی باعث افزایش انعطاف در طراحی آن شده است .

بازدهی بالا: سیستم VRF معمولاً دارای کمپرسور DC inverter به منظور تأمین سرعت متغیر موتور و در نتیجه جریان مبرد متغیر است. همین امرباعث می شود که این کمپرسورها با بازده بالاتری نسبت به کمپرسورهای مرسوم با اندازه مشابه کار کنند.دلیل گرانی این کمپرسورها نیز همین پیچیدگی و کنترل آنهاست که باعث تفاوت آن نسبت به کمپرسورهای مرسوم می شود .

کنترل دقیق دما و آسایش بالاتر:

در سیستم VRF یونیت داخلی کنترل دمای محیط را به عهده دارد . یونیت دارای حسگرهای مختلفی است که دمای فضا را با دمای دلخواه مصرف کننده مقایسه و با توجه به دمای مبرد ورودی و خروجی مقدار مبرد مورد نیاز را درخواست می نماید. با توجه به کنترل فوق العاده ی دمای محیط توسط حسگرها به عنوان واحد کنترلی پیشرفته می توان به میزان بالایی به آسایش حرارتی محیط و درنهایت کاهش مصرف انرژی امیدوار بود .

قابل ذکر است چون این سیستم دارای تمامی قابلیت های کنترلی دما میباشد دیگر برای رسیدن به هوای دلخواه و مطلوب نیازی به تهیه تجهیزات جداگانه ای مانند سیستم های مدیریت هوشمند ساختمان (BMS) نیست .

تعداد بونیت های داخلی بالا: می توان یونیت های خارجی سیستم VRF را به 64 یونیت داخلی متصل نمود . به همین دلیل می توان دمای محیط 64 فضای مختلف ساختمان را بطور جداگانه تنظیم کرد..

طیف  کاری گسترده :سیستم های VRF معمولا برای تنظیم دمای هوا بین ۲۰- تا ۴۸ سانتی گراد به خوبی کار می کنند . دراین سیستم نیازی به موتورخانه نیست و تجهیزاتی مثل پمپ های سرمایش گرمایش، پمپ های برج خنک کننده و لوله کشی های آب، سختی گیر و تجهیزات مشابه به چشم نمی خورد . در این جا یونیت های خارجی ، یونیت های داخلی و لوله های مسی نقش مهمی را ایفا می کنند و به عملکرد بهتر سیستم VRF کمک می نماید . این سیستم به خاطر عدم وجود موتورخانه فضای کمتری را نیز اشغال می کند .

ویژگی هایی مانند طول عمر بالا ، نگهداری آسان و ساده ،وجود اطمینان بالا و صرفه جویی در مصرف انرژی  و بازدهی بالا می تواند دلیل قابل قبولی برای محبوبیت بیش ار پیش این سیستم نسبت به سیستم های دیگر باشد . رشد فروش VRF در دنیا از ۲۰۱۳ تا ۲۰۱۸ دلیل خوبی بر این ادعاست .

بهینه سازی مصرف انرژی با سیستم VRF

سیستم تهویه مطبوع VRF به عنوان یکی از بهترین سیستم های همزمان تولید گرما و سرما در فضای ساختمان شناخته شده است چرا که علاوه بر موارد ذکر شده دارای مزیتی است که آن را از دیگر سیستم های تهویه مطبوع مستثنی می کند . و آن مزیت کاهش مصرف انرژی و صرفه  جویی در آن می باشد .

محققان این صرفه جویی را به میزان ۱۵- ۴۲% تخمین زده اند . البته بسته به شرایط آب و هوایی این میزان متغیر است . در مناطقی با هوای گرم مقدار صرفه جویی با مقادیر بالا و در هوای سرد مناطق شمالی کشور به کمترین مقدار خود رسیده است .

در جایی دیگر از تحقیقات که در ساختمان های اداری انجام شده است به این نتیجه رسیدند که صرفه جویی انرژی توسط سیستم VRFدر حدود 29% بوده است .

محققان ذکر کرده اند که طی تحقیقات به عمل آمده  در ساختمان های تجاری ، عمومی در مورد بازدهی سیستم های تهویه مطبوع و صرفه جویی در مصرف انرژی میتوان سیستم VRF را یکی از به صرفه ترین سیستم ها خواند چرا که حدود 30 تا 40% ذخیره انرژی را با خود به همراه خواهد داشت.

مقایسه اقتصادی سیستم VRF با سیستم های چیلری

هزینه کلی سیستم VRF حدود ۵٪ تا ۲۰% بالاتر از سیستم چیلر فن کویل با ظرفیت مشابه می باشد. هزینه سیستم VRF حدود ۳۰٪ تا ۵۰% بالاتر از سیستم های داکت اسپلیت با ظرفیت مشابه است. |

طبق مطالعات انجام شده در یک ساختمان مسکونی (۱۰ واحدی) با زیربنای مفید ۲۵۰۰ متر مربع واقع در شمال تهران و استفاده از بار برودتی 83 تن با بهای برق 30 کیلو وات و هزینه ی برق به ازای هر کیلو وات ساعت 114/1 ریال در اوج بار ، 557 ریال در میان بار 5/278 ریال در کم بار است . که این مقدار در تابستان با افزایش 20 درصدی همراه است .

علاوه بر این هزینه مصرف برق، مشترکین می بایست مبلغ ثابتی را بابت انشعاب برق (دیماند) هر ماه پرداخت کنند، که هزینه آن برای هر کیلووات ۴۰ ، ۹۲۰ ریال می باشد که برای کلیه ماه های سال از مشترک دریافت می شود .

محاسبه هزینه برق مصرفی یونیت های خارجی سیستم VRF

با توجه به ظرفیت مورد نیاز پروژه ،(۸۳ تن تبرید) ساعات کارکرد سیستم برودتی به طور متوسط ۱۲ ساعت کار شبانه روزی با ۱۰۰% ظرفیت و یا ۲۴ ساعت کار شبانه روزی با ۵۰درصد ظرفیت محاسبه شده است .

348/42 کیلو وات ساعت با در نظر گرفتن ۱۲ ساعت کارکرد دستگاه ،میزان برق مصرفی  و هزینه ی آن 283/102/27 ریال می باشد .

از این از  12 ساعت کارکرد ، 4 ساعت زمان پربار مصرف ، 6 ساعت زمان میان بار و 2 ساعت زمان کم بار مصرف برق در نظر گرفته شده است .

برآورد هزینه ی کل برق مصرفی توسط سیستم VRF

شرکت برق بهای ۹۰٪ قدرت خریداری شده را از مشترک دریافت می دارد. توجه شود که با توجه به دو فصله بودن، سیستم VRF بر خلاف سیستم چیلر هم در زمستان و هم در تابستان از انرژی برق استفاده می کند، با در نظر گرفتن ۵ ماه سرمایش و ۵ ماه گرمایش، بایستی هزینه پرداختی برای قدرت در طول سال را بر تعداد ماه های استفاده یعنی ۱۰ ماه تقسیم نمود تا هزینه واقعی پرداختی از سوی مشترک در هر ماه برای بهای قدرت مورد نیاز محاسبه شود.

بنابراین هزینه کل برق مصرفی سیستم VRF در ماه برابر ۹۶۵، ۳۰۹۵۵ ریال می باشد .

محاسبه هزینه برق چیلر تراکمی هوا خنک و آب خنک

برای چیلر تراکمی با ظرفیت 83 تن تبرید ، مصرفی برابر با ۹۰۱۲ کیلووات تخمین زده اند که هزینه نهایی برق مصرفی آن 39677929 ریال محاسبه می شود .

با توجه به مقادیر محاسبه شده و مقایسه آنها می توان دید که سیستم VRF به طور محسوسی نسبت به سیستم های دیگر مورد بحث، برتری دارد. هزینه های سیستم چیلر تراکمی آب خنک حدود ۵۲ و سیستم چیلر تراکمی هوا خنک حدود ۲۸ بیش تر از VRF است .

این هزینه در چیلر تراکمی آب خنک به 47030729 ریال می رسد . در چیلر تراکمی آب خنک علاوه بر هزینه ی برق مصرفی ، هزینه ی آب مصرفی نیز محاسبه می شود .

نتیجه گیری

با توجه به کمبود انرژی همواره باید به دنبال رفع بحران ها ی حاصل از این کمبود باشیم تا بتوانیم به مشکلات عدیده ای که با گذشت زمان بر کشورمان حاکم می شود فائق آییم.

در این نوشته میزان مصرف انرژی و هزینه های ناشی از 3 سیستم تهویه مطبوع بیان شد با یک نگاه می توان به این نتیجه رسید که سیستم VRF که سیستم توامان گرمایش و سرمایش می باشد می تواند از نظر فنی ، بازدهی و توجیه اقتصادی نسبت به رقبای خود گزینه  مناسب تری باشد . این سیستم ضمن دارا بودن پتانسیل بالا ، تاثیر فراوانی بر کاهش مصرف انرژی داشته و از قابلیت ها وامکانات فراوانی بهره می برد و همین امرموجب محبوبیت شده چراکه  آسایش دمایی خوبی را برای خریداران ومشتریان خودایجاد می نماید .