چیلر یا VRF ؟ کدام انتخاب بهتری است

مقایسه سیستم چیلر یا VRF یکی از چالش‌های کارفرمایان در زمان انتخاب یک سیستم سرمایشی مناسب برای پروژه مورد نظر است. سؤال‌هایی از قبیل اینکه چیلر بهتر است یا VRF؟ برای پروژه ما کدام یک را پیشنهاد می‌کنید؟ مصرف برق چیلر کمتر است یا VRF؟

در این مقاله، چیلر یا مینی چیلر با سیستم VRF که از جمله تجهیزات رایج و امروزی در صنعت تهویه مطبوع بشمار می‌روند مورد مقایسه قرار گرفته که می‌تواند راهنمای خوبی جهت شناخت پارامترهای لازم برای انتخاب هریک از آن‌ها باشد .

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 آن‌ها و کاربری آن فضا می‌باشد.

زیباترین و گران‌ بهاترین ساختمان‌ها در صورتی که فاقد سیستم تهویه مطبوع مناسبی باشند، قابل سکونت نخواهند بود؛ لذا، انتخاب یک سیستم تهویه مطبوع ایده‌آل جهت پروژه‌ها، منوط به شناخت کامل انواع سیستم‌ها، تجهیزات و اساس و نحوه عملکرد آن‌ها، آگاهی از عوامل مؤثر جانبی و نیز محدودیت‌های موجود می‌باشد. لذا پیش از مقایسه، نحوه عملکرد چیلر و سیستم VRF را مرور خواهیم کرد.

چیـــلر و فن کویل

چیلر به دستگاهی اطلاق می‌شود 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 می‌دهد. آب خروجی از چیلر با دمای 7 درجه سانتی گراد (در مصارف تهویه مطبوع) می‌تواند وارد یونیت‌هایی بنام فن ‌کویل شود که هریک از آنها درون اتاق یا فضایی از داخل ساختمان، نصب شده اند.

فن ‌کویل 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 می‌کند.

همان طور که از نامش پیداست، چیلری کوچک با ظرفیت محدود (معمولاً کمتر از 10 تن تبرید) می‌باشد.

سیـــستم VRF

VRF که مخفف عبارت Variable Refrigerant Flow می‌باشد سیستمی است که اولین بار توسط شرکت دایکین (DAIKIN) ژاپن به بازار معرفی شد.

سیستمی که ظاهرا عملکرد آن مشابه چیلر و فن‌کویل می‌باشد. بصورتی که در این سیستم یک یونیت خارجی مانند چیلر و مجموعه‌ای از یونیت‌هایی داخلی مانند فن‌کویل تعریف می‌شوند.

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 می‌شود 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 می‌شود.

یونیت خارجی (کندانسینگ یونیت) شامل کمپرسور و کندانسور هواخنک و هریک از یونیت‌های داخلی (هوارسان) شامل شیر انبساط، اواپراتور DX و فن دمنده می‌باشند.

در فناوری VRF از کمپرسورهای روتاری یا اسکرال با تکنولوژی اینورتر استفاده می‌شود، به همین علت نرخ جریان مبرد درون سیکل، می‌تواند متغیر باشد. به نحوی که کمپرسور، بر مبنای بار گرمایی جذب شده از یونیت‌های داخلی مبرد مورد نیاز را به سمت آنها ارسال می‌کند.

بررسی و مقایسه سیـــستم VRF با چیـــلر

برای آنکه بتوان از هر جهت مقایسه‌ای مستند و قابل قبول بین چیلر یا مینی چیلر و VRF انجام داد، پروژه‌ای مسکونی را بعنوان نمونه در نظر گرفته و آن را مبنای مقایسه دو سیستم قرار خواهیم داد. بعلاوه، می‌بایست تفاوت‌های 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: تهران

انتخاب چیـــلر مرکزی

با توجه به فن‌کویل‌های انتخابی برای کل ساختمان، یک دستگاه چیلر مرکزی به ظرفیت برودتی 35 تن تبرید جواب گو می‌باشد.
در محاسبه ظرفیت برودتی چیلر مرکزی برای یک ساختمان مسکونی، می‌بایست این موضوع را در نظر گرفت که تمامی فن‌کویل‌های نصب شده در داخل ساختمان، همزمان روشن نیستند؛ بنابراین ظرفیت چیلر مرکزی درصدی از مجموع ظرفیت فن‌کویل‌ها می‌باشد. درصدی که معمولاً در محاسبات مینی چیلرها یا لحاظ نمی‌شود یا درصد به مراتب بیشتری خواهد بود.

انتخاب یونیت های داخلی سیـــستم 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 فن‌کویل 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 kW 2/2 (7500BTU/h) برای اتاق ها
•یک یونیت داخلی kW 8/2 (9550BTU/h) برای آشپزخانه
•دو یونیت داخلی kW 8 /2 (9550BTU/h) برای پذیرایی
•یک یونیت داخلی kW 8/2 (9550BTU/h) برای اتاق نشیمن

در انتخاب ظرفیت مناسب برای یونیت خارجیِ سیستم VRF می‌بایست به مانند چیلر مرکزی، درصدی از مجموع ظرفیت یونیت‌های داخلیِ انتخابی را مبنا قرار داد. بنابراین، یک دستگاه یونیت خارجی به ظرفیت برودتی 35 تن تبرید جواب گوی 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 می‌بایست دستگاه‌های انتخابی برای این واحدها، ظرفیت بیشتری داشته باشند. اما از آنجا که در این مقاله صرفاً بحث مقایسه مطرح می‌باشد، جهت ساده سازی محاسبات، بار برودتی تمامی واحدهای ساختمان یکسان لحاظ شده‌اند.

مقایسه قیمت سیـــستم VRF با چیـــلر

قیمت‌هایی که جهت برآورد هزینه خرید دستگاه‌ها اعلام می‌گردد تقریبی بوده و تنها به منظور مقایسه، عنوان می‌شوند.

سیستم‌های چیلر، فن‌کویل و VRF در برندهای مختلفی از جمله شرکت گرین، دایکین، سامسونگ, ال جی و … در بازار موجود است و ما در این مقاله، میانگین قیمت برندهای موجود در بازار را برای مقایسه در نظر گرفته‌ایم
هزینه های خرید برای کل ساختمان به شرح ذیل است:

مقایسه قیمت‌ها نشان می‌دهد که با وجود برآورد سیستم VRF به عنوان یک سیستم مرکزی، قیمت تمام شدۀ آن تفاوت چندانی با گزینه اول، یعنی مینی چیلرها و فن‌کویل‌ها ندارد. بنابراین، در صورت انتخاب یک یونیت خارجی مجزا برای هر واحد، طبیعتاً قیمت خرید سیستم VRF برای کل ساختمان اختلاف زیادی با سایر انتخاب‌ها پیدا می‌کند. نتیجه آنکه چیلر مرکزی بهمراه فن‌کویل‌ها، مناسب‌ترین 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 اسپلیت‌ها، کولرهای گازی و سایر سیستم‌های 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 می‌پرداختند. اما، امروزه ابزاری به اسم اندازه گیر انرژی (Energy meter) کمک می‌کند 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 سیـــستم VRF با چیلر

یکی از دغدغه‌های 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 دستگاه‌ها را با یکدیگر مقایسه کرده‌ایم.
برق مصرفی دستگاه‌ها با توجه به کاتالوگ شرکت‌های سازنده اعلام می‌گردد که می‌تواند در برندهای مختلف تا حدودی متفاوت باشد.

برق مصرفی کل ساختمان به شرح ذیل است:

با فرض 14 ساعت در شبانه روز فعال بودن سیستم‌های سرمایشی (در حالت تمام بار) و مبلغ میانگین 4000 ريال هزینه به ازای هر کیلووات- ساعت برق مصرفی، داریم:

بنابراین همانطور که مشاهده می‌کنید، مصرف برق مینی چیلرها، به مراتب بالاتر از سایر گزینه‌ها است و هزینه قابل توجهی را برای هر واحد از ساختمان ایجاد می‌کند. از طرف دیگر نتایج نشان می‌دهند که VRF در مقایسه با مجموعه چیلر مرکزی و فن‌کویل‌ها، نزدیک به 30% مصرف برق کمتری دارد.

مقایسه سایر ویژگی های چیلر و سیستم VRF

علاوه بر مقایسه‌هایی که به لحاظ قیمت خرید و مصرف برق سیستم‌ها انجام شد، می‌توان چیلر و VRF را از جنبه‌های دیگری نیز با یکدیگر مقایسه نمود.

1.برای ساختمان‌هایی که در آنها از سیستم VRF استفاده می‌شود، جهت تولید گرمایش در فصل سرما دو انتخاب وجود دارد. انتخاب اول استفاده از خودِ سیستم VRF (به شیوه Heat Pump) می‌باشد که به منزله گرمایش ساختمان همراه با مصرف برق خواهد بود. کما اینکه گرمایش چنین سیستم‌هایی مثل کولر گازی و داکت اسپلیت، چندان مطلوب نبوده و اساساً گزینه مناسبی برای مناطقی که زمستان سردی دارند نمی‌باشد. اما انتخاب دوم، استفاده از یک سیستم جانبی مثل رادیاتور یا گرمایش از کف می‌باشد که هرچند برای تولید آبِ گرم مورد نیاز آنها از گاز که انرژی ارزان‌تری است استفاده می‌شود، اما اضافه کردن رادیاتور و یا لوله‌کشی کف برای گرمایش، خود هزینه مضاعفی را به پروژه تحمیل می‌کند. همه این‌ها در شرایطی است که با وجود فن‌کویل دیگر نیازی به رادیاتور یا سایر سیستم‌های گرمایشی نخواهد بود؛ چراکه می‌توان به سادگی از آب گرم تولیدی دیگ یا پکیج، در خود فن‌کویل‌ها استفاده نمود و گرمایش مطبوعی را حتی در اقلیم‌های سرد سیر بوجود آورد.

2.بهره برداری از سیستم VRF در ساختمان‌های مرتفع محدودیت‌هایی 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 می‌شوند، حدود 15 متر و در مجموع حداکثر طول مجاز لوله کشی حدود 1000 متر است. بهمین علت در کاتالوگ شرکت‌های سازنده VRF مقدار مجاز تمامی این فواصل اعلام می‌گردد. محدودیت‌هایی که طبیعتاً برای چیلر و فن‌کویل‌ها وجود نداشته و تنها کافی است از پمپی با فشار (هِد) بیشتر برای به گردش درآوردن آب استفاده کرد. ضمن آنکه فن‌کویل‌ها با هر فاصله‌ای نسبت به یکدیگر می‌توانند توسط یک چیلر مرکزی تغذیه شوند.

3.وجود توازن فشار در جریان مبرد بین یونیت خارجی و یونیت‌های داخلی از اهمیت زیادی در عملکرد درست سیستم‌های VRF برخوردار است. موضوعی که لوله کشی بین یونیت‌ها را بسیار حساس می‌کند. حساسیتی که به واقع در لوله کشی آب بین چیلر و فن‌کویل‌ها وجود ندارد.

4.نشتی مبرد در سیستم‌های VRF یکی از نگرانی‌های جدی و قابل توجهی است که می‌تواند علاوه بر آسیب‌های 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 می‌بایست بعد از تخلیه کامل، مجدداً شارژ شود. در حالی که وجود نشتی در لوله‌کشی آب بین چیلر و فن‌کویل‌ها براحتی قابل جبران و ترمیم خواهد شد.

5.مبرد استفاده شده در اغلب سیستم‌های VRF موجود در بازار R410A می‌باشد. مبردی که فشار کاری به شدت بالایی دارد و نمی‌تواند انتخاب مناسبی برای مناطقی با دمای محیط بالا باشد. بهمین علت بکارگیری سیستم‌های VRF در اقلیم‌های گرمسیر توصیه نمی‌شود. در شرایطی که در چیلرها یا مینی چیلرها، امکان طراحی و تولید دستگاه با مبرد کم فشاری بنام R134a وجود دارد؛ بنابراین دستگاه می‌تواند بدون هیچ توقفی، در گرم‌ترین شرایط اقلیمی کار کند.

نتیجه گیری: انتخاب VRF یا چیلر؟

همانطور که در مقایسه پارامترهای مختلف در مورد چیلر و سیستم VRF مشاهده شد، نقاط قوت و ضعفی در هر یک از آن‌ها وجود دارد و به طور کلی نمی‌توان گفت سیستمی در مقایسه با دیگری برتری مطلق دارد. به طور مثال چیلر مرکزی به همراه فن‌کویل‌ها قیمت خرید کمتری دارند، اما مصرف برق سیستم VRF نزدیک به 30% پایین‌تر است. البته به نظر می‌رسد در مجموع انتخاب چیلر مرکزی و فن کویل‌ها 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 مشاوره‌ای درست و اصولی نیز حائز اهمیت خواهد بود.