چند مورد از بهترین سیستم های سرمایشی

• انسان همواره به دنبال افزایش سطح رفاه زندگی بوده است. در این رابطه، تامین دمای آسایش از جمله مهم ترین موارد آسایش است. همانطور که در فصل سرما، تامین گرما الزامی است، در فصل گرم سال نیز یک سیستم سرمایشی مناسب، کارآمد و مقرون به صرفه حیاتی است. امروزه با توجه به گرمایش جهانی، حتی در بسیاری از کشورهای سرد که پیش تر نیازی به سیستم سرمایشی نداشتند، نیاز به یک سیستم سرمایش احساس می شود.

تاریخچه سیستم های سرمایشی

در رابطه با اولین سیستم سرمایشی سنتی نمی توان رای محکمی صادر کرد. با اینحال، مصر جزو اولین تمدن هایی است که مردم آن برای خنک کردن خانه های خود از آویزان کردن پارچه های خیس، بر در ورودی خانه استفاده کرده اند. اما در رابطه با اولین سیستم سرمایشی مدرن، بنجامین فرانکلین در سال 1758 به همراه جان هادلی، اولین افرادی بودند که در مورد خاصیت خنک کنندگی بعضی از مواد، آزمایشات موفقی را انجام دادند.

در سال 1820 مایکل فارادی توانست با استفاده از آمونیاک فضای آزمایشگاه خود را خنک کند. در سال 1851 جان گری یک پزشک آمریکایی، بمنظور کاهش تب بیماران خود از یک ماشین خنک کننده ساخت خود بهره برد. بسیاری جان گری را پدر سیستم سرمایشی مدرن می دانند. نهایتا در سال 1903 ویلیس کریر برای اولین بار سیستم سرمایشی ای را ابداع و تولید کرد که قادر به خنک سازی یک شرکت فعال در زمینه چاپ بود. امروزه پس از گذشت سالیان دراز، انواع مختلف سیستم های سرمایشی ابداع و بهینه سازی شده اند تا پاسخگوی نیاز هر مصرف کننده ای باشند.

انواع سیستم های سرمایشی

با توجه به موقعیت جغرافیایی، میزان گرما و قیمت انرژی انواع سیستم های سرمایشی در سراسر جهان استفاده می شوند. ما در اینجا به 9 مورد از این سیستم ها اشاره می کنیم.

کولر آبی:

سیستم کولر آبی از جمله رایج ترین سیستم های سرمایشی مورد استفاده در کشور ما، ایران است. این سیستم دارای یک موتور مکنده هوا در داخل می باشد. این موتور با مکش هوای اطراف خود که از پوشال های خیس می گذرند، آب موجود در پوشال ها را تبخیر می کند. در اثر تبخیر هوا، هوای مکش شده، خنک شده و این هوا از طریق کانال های هوا به داخل خانه هدایت می شود.

قیمت ارزان این سیستم در مقایسه با سایر سیستم های سرمایشی، سادگی و مصرف انرژی کم از جمله مزایای سیستم کولر آبی می باشد. با این وجود، پایین بودن بهره انرژی، طراحی قدیمی،نیازمند فضا برای کانال کشی، نیاز همیشگی به آب و عدم کارآمدی در مناطق شرجی از جمله معایب این سیستم می باشند. در سال های اخیر، تلاش زیادی شده است تا این طراحی قدیمی از طریق جایگزینی موتور القایی آن با موتور BLDC ، بهینه شده و مورد استفاده قرار گیرد. شرکت آژند از جمله شرکت های فعال در زمینه طراحی درایور موتور BLDC است.

کولر گازی:

از جمله سیستم های سرمایشی رایج که روز به روز بر تعداد مشتریان آن افزوده می شود کولر گازی است. این سیستم سرمایشی، بر مبنای سیکل تبرید کار می کند و دارای چهار تجهیز اصلی است: اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و شیر انبساط. ماده ای به نام مبرد، در این سیکل مرتبا در حال چرخش و تغییر فاز از حالت مایع به گاز و بالعکس می باشد. مبرد با عبور از اواپراتور (تبخیرکن) گرمای اتاق را جذب کرده و در کندانسور گرمای جذب شده را آزاد می کند. این سیستم یک تکه، پرتابل و قابل نصب بر روی پنجره بوده و برای فضاهای کوچک مناسب می باشد. از جمله مزایای این سیستم عملکرد سرمایش مناسب حتی در مناطق شرجی و مرطوب و عدم نیاز به کانال کشی می باشد. با این وجود، مصرف برق زیاد، صدای زیاد، قیمت بالاتر نسبت به کولر آبی و عدم افزودن رطوبت در مناطق خشک از معایب آن می باشد.

اسپلیت:

این سیستم در واقع یک کولرگازی است، با این تفاوت که بصورت اسپلیت و یا دو تکه می باشد. این دو تکه شامل یک یونیت داخلی و یک یونیت خارجی است. خنک سازی مبرد در یونیت خارجی صورت می گیرد و در یونیت داخلی تحویل اتاق داده می شود. این نوع سیستم می توانند فضاهای با متراژ بیشتری را خنک کنند. قابلیت استفاده در مناطق مرطوب، هوشمند بودن و صدای کمتر آن با توجه به اینکه یونیت خارجی در بیرون نصب می شود از جمله مزایای آن است.

همچنین نوع خاصی از اسپلیت ها وجود دارد که خاصیت گرمایش هم دارند. بدین معنا که در فصل سرد سال نیز می توانند مورد استفاده قرار گیرند. قیمت بالا و مصرف بالای انرژی مهم ترین چالش های این نوع خنک کننده هاست. با این وجود برای بهینه کردن مصرف انرژی این نوع سیستم ها تلاش های زیادی شده است. از جمله استفاده از اینورتر که مصرف برق را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. سیستم سرمایشی اسپلیت به دو صورت دیواری و ایستاده در بازار موجود می باشد.

داکت اسپلیت:

نحوه عملکرد داکت اسپلیت بر مبنای همان سیکل تبرید مورد استفاده در کولرگازی می باشد. با این تفاوت که تمام تجهیزات خنک سازی در یک سیستم مرکزی انجام می شود. بخش هواساز داکت اسپلیت در سقف کاذب جاگذاری می شود و از طریق کانال کشی در بین اتاق ها و فضاهای مختلف هوای خنک را پخش می کند. یونیت خارجی معمولا در پشت بام نصب شده و از طریق لوله به سیستم مرکزی متصل می شود. استفاده از داکت اسپلیت معمولا در محیط های تجاری صورت می گیرد. مزیت مهم داکت اسپلیت نسبت به کولرهای گازی، پنهان بودن آن در سقف کاذب است.از جمله معایب آن هم عدم امکان کنترل دما در اتاق های متصل به یک داکت اسپلیت است.

چیلر و مینی چیلر:

سیستم چیلر عموما در ساختمان ها و مراکز تجاری بزرگ همچون پاساژ ها مورد استفاده قرار می گیرد. یک سیستم خنک کننده کامل چیلر از پنج قسمت اصلی تشکیل شده است:

1) واحد خنک کننده چیلر
2) برج خنک کننده
3) پمپ آب کندانسور
4) واحد هواساز (Air handling unit- AHU)
5) پمپ آب خنک

واحد خنک کننده چیلر در واقع یک سیکل تبرید متشکل از اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و شیر انبساط می باشد. شکل بالا یک سیستم چیلر آب خنک را نشان می دهد. طبق شکل واحد هواساز و پمپ آب اواپراتور در ارتباط با یکدیگر قرار دارند. پمپ آب اواپراتور آب گرم خروجی از واحد هواساز را به سمت چیلر می فرستد. آب گرم در تماس مستقیم با اواپراتور گرمای خود را از دست داده و خنک می شود. گرمای جذب شده توسط اواپراتور موجب می شود که مبرد داخل آن تبخیر شده و ادامه سیکل تبرید را طی کند. آب سرد شده در اواپراتور وارد قسمت هواساز شده و توسط این واحد بین اتاق های مختلف پخش می شود.

در سمت دیگر شکل، کندانسور، برج خنک کننده و پمپ آب کندانسور وجود دارد. پمپ آب کندانسور آب گرم را وارد برج خنک کننده می کند. پس از خنک شدن آب، دوباره وارد واحد خنک کننده چیلر شده و در تماس مستقیم با کندانسور آن قرار می گیرد. مبرد داخل کندانسور تا حد زیادی خنک شده و به فاز مایع تبدیل می شود. از سوی دیگر آب خنک در اثر گرمای جذب شده از کندانسور گرم شده و دوباره وارد برج خنک کننده می شود و این روند مرتبا در حالت تکرار است.

در صورتی که به جای آب از هوا برای خنک سازی کندانسور چیلر استفاده شود، به آن سیستم چیلر هوا خنک گویند. در یک دسته بندی مرسوم دیگر چیلر ها به دو دسته تراکمی و جذبی تقسیم می شوند. در نوع تراکمی از کمپرسور برای متراکم کردن مبرد و به جریان انداختن آن در سیکل تبرید استفاده می شود درحالی که در چیلر جذبی از یک مولد حرارتی برای این منظور استفاده می شود.

فن کویل:

فن کویل همانطور که از نامش پیداست، از یک فن در نقش دمنده هوا و یک کویل ساخته شده است. لوله های آب سرد به فن کویل متصل می شوند. آب سرد در داخل کویل چرخیده و دمیدن فن باعث می شود تا هوای خنک وارد اتاق شود. در صورتی که به جای آب سرد، آب گرم در لوله ها در جریان باشد، از فن کویل بمنظور گرمایش نیز می توان استفاده کرد. فن کویل ها از نظر عملکرد به دو نوع دولوله و چهار لوله تقسیم می شوند. در نوع چهار لوله، کارایی گرماسازی و خنک سازی هر دو در دسترس است. اما در نوع دو لوله فن کویل بسته به دمای آب جریان یافته در آن یا نقش خنک کننده یا گرماساز را برعهده دارد.

انواع مختلف فن کویل شامل دیواری، کاستی، زمینی و سقفی می باشد. البته شایان ذکر است که خود فن کویل به تنهایی قابلیت خنک کنندگی ندارد و به یک سیستم سرد کنننده مرکزی مثل چیلر متصل می شود. از جمله مزایای فن کویل می توان به امکان تنظیم دمای هر اتاق به صورت جداگانه، جلوگیری از انتشار آلودگی بین اتاق های مختلف و قیمت ارزان تر آن نسبت به سایر سیستم های خنک کننده می باشد. در مقابل دشوار بودن تعمیر و نگهداری در برخی نمونه های آن، امکان نشت کردن رطوبت، بازدهی کم، عدم ورود هوای تازه و نیاز به لوله کشی نیز از معایب آن می باشد.

سیستم مولتی اسپلیت:

اگر در سیستم داکت اسپلیت به جای یک یونیت داخلی و خارجی چندین یونیت داخلی و خارجی داشته باشیم، یک سیستم مولتی اسپلیت را شاهد خواهیم بود. این سیستم این مزیت را نسبت به داکت اسپلیت دارد که می تواند دمای اتاق ها را به صورت مجزا کنترل کند. دسته ای از مولتی اسپیلیت ها به VRF معروف هستند. VRF ها کارایی بسیار جالبی دارند. تصور کنید که در یک هتل اتاق های مختلفی وجود دارد. با توجه به بزرگ بودن هتل دمای داخل اتاق ها با هم تفاوت محسوسی خواهند داشت. از سویی دیگر فرض کنید، بعضی از مهمان های هتل در اتاق خود نیاز به گرما و برخی دیگر نیازمند سرما باشند. یک راه حل ساده قرار دادن هردو سیستم گرمایشی و سرمایشی در داخل هر اتاق است که اصلا بهینه نبوده و گران قیمت می باشد. راه حل دوم، VRF ها هستند.

VRF ها در واقع کولرهای گازی ای هستند که قابلیت این را دارند تا تمام واحد ها را همزمان گرم، سرد و یا بعضی را سرد و بعضی دیگر را گرم کنند. قابلیت گرمایش و سرمایش همزمان مزیت ویژه این سیستم نسبت به مولتی اسپلیت ها می باشد. شرکت DAIKIN ژاپن اولین شرکتی بود که این تکنولوژی را در سال 1982 ارائه کرد. این سیستم با عنوان VRV معرفی شد. سایر شرکت های این حوزه نیز به این تکنولوژی دست یافتند اما از آنجایی که حق امتیاز نام VRV متعلق به شرکت DAIKIN بود، این شرکت ها مجبور شدند که نام VRF را برای محصول خود برگزینند. در بین سیستم های تهویه مطبوع VRF ها به بازدهی بالا شناخته می شوند.

مقایسه هزینه سیستم های تهویه مطبوع:

قطعا یکی از مهم ترین فاکتورها برای انتخاب نوع سیستم تهویه مطبوع هزینه سیستم مورد نظر می باشد. در این رابطه چند مورد باید مد نظر قرار گیرد. هزینه های یک سیستم تهویه مطبوع شامل، هزینه تجهیزات، هزینه نصب اولیه، هزینه انرژی مصرفی و هزینه تعمیر و نگهداری می باشد. در اینجا قصد داریم تا برای یک واحد 100 متر مربعی هزینه های نصب، تجهیزات اولیه، انرژی و تعمیر و نگهداری سالیانه را بر حسب سیستم های مختلف محاسبه و مقایسه کنیم.

با مقایسه داده های نمودار، مشخص می شود که سیستم کولر آبی ارزان ترین سیستم می باشد. اما قطعا این سیستم کارایی لازم در روزهای گرم و در مناطق شرجی را نخواهد داشت. اسپلیت و کولرگازی تقریبا در یک رنج قیمتی می باشند، در صورت کمبود فضا کولر گازی به اسپلیت ترجیح داده می شود. در این بین چیلر گران قیمت ترین نوع سیستم سرمایشی و همچنین کارآمدترین نوع آن می باشند. البته چیلر نسبت به مولتی اسپلیت این مزیت را دارد که صدای کمتری داشته و در مقایسه با داکت اسپلیت قابلیت کنترل دمای هر اتاق را بصورت جداگانه فراهم می آورد. هرچند که هزینه تمام شده ی آن بسیار بالاتر است.

مقایسه چیلر و داکت اسپلیت:

در مقایسه این دو سیستم، اولین نکته ای که به چشم می ­آید تفاوت هزینه های این دو است. یک سیستم چیلر علاوه بر سیستم مرکزی نیازمند تعدادی فن کو­یل برای نقاط مختلف اتاق یا محل کار نیز می ­باشد. در مجموع سیستم چیلر از لحاظ قیمتی به مراتب گرانتر از داکت اسپلیت می­ باشد. هر دو سیستم بر مبنای سیکل تبرید تراکمی کار می­ کنند اما، در داکت اسپلیت مبرد در داخل اواپراتور مستقیما هوا را خنک می ­کند و این هوای خنک از طریق کانال های تعبیه شده در سقف در اختیار کاربر مصرف کننده قرار می ­گیرد. در حالی در چیلر اواپراتور آب را خنک کرده و این آب خنک توسط لوله کشی به فن کویل هوای تعبیه رسیده و سرمایش مورد نیاز از طریق فن کویل ها ایجاد می شود. در ادامه به مقایسه مزیت ها و معایب هریک می پردازی.

به طور کلی انرژی مصرفی در چیلر نسبت به داکت اسپلیت به مراتب بالا تر است. در مقابل داکت اسپلیت در مقایسه با چیلر سیستم پر سر و صدایی به حساب می ­آید. علاوه بر آن، چیلر این امکان را می ­دهد تا دمای هر اتاق بصورت جداگانه کنترل و تنظیم شود در حالیکه در داکت اسپلیت این امکان وجود ندارد تمام اتاق ها به دمای مشخص و تنظیم شده می رسند. در صورت ایجاد مشکل در داکت، دسترسی به آن بسار سخت است اما در چیلر اینطور نیست. داکت رطوبت محیط را بشدت جذب می­ کند، در نتیجه هوای تحویل داده شده خشک و بدون رطوبت است، در حالی که این پدیده در چیلر و فن کویل کمتر است. حجم اواپراتور داکت در مقایسه با چیلر بسیار بزرگتر است. در چیلر این امکان وجود دارد که کندانسور را با آب خنک کرد که به آن چیلر آب خنک می گویند. این امکات در داکت موجود نیست. البته داکت اسپلیت توانایی کار در مد گرمایش را نیز دارد در حالیکه چیلر فقط برای سردسازی استفاده می­ شود.

بهترین سیستم سرمایش برای ساختمان کدام است؟

برای مشخص کردن بهترین سیستم خنک کننده برای ساختمان می بایست مواردی از جمله راندمان انرژی، هزینه های نصب و راه اندازی، هزینه های تعمیرات و نگهداری تجهیزات، فضای مورد نیاز تجهیزات و اثرات زیست محیطی را بررسی کنیم. در ادامه به مقایسه پنج سیستم خنک کننده چیلر و مینی چیلر، VRF، داکت اسپلیت، اسپلیت و کولر های آبی که در بالا با آنها اشاره شد می پردازیم.

• چیلر و مینی چیلر

راندمان انرژی: بازدهی بالا، به خصوص در چیلر های آب خنک

هزینه نصب و راه اندازی: هزینه اولیه بالا به دلیل لوله کشی و تجهیزات گسترده.

هزینه تعمیرات و نگهداری: نیاز به تعمیر و نگهداری منظم و حرفه ای دارد.

فضای مورد نیاز: به دلیل نیاز به برج های خنک کننده و لوله کشی گسترده، نیاز به فضایی قابل توجه دارد.

تأثیر محیطی: متوسط تا زیاد، بسته به مبرد و منابع انرژی مورد استفاده

• مولتی اسپلیت VRF

راندمان انرژی: بازدهی بالا به دلیل کنترل دقیق و هوشمند

هزینه نصب و راه اندازی: هزینه اولیه بالا اما اغلب با صرفه جویی در مصرف انرژی جبران می شود.

هزینه تعمیرات و نگهداری: متوسط، به تکنسین های ماهر برای سرویس نیاز دارد.

فضای مورد نیاز: نسبتا زیاد، یک یونیت خارجی و لوله کشی به یونیت های داخل.

تاثیر محیطی: کم تا متوسط، به دلیل استفاده از گازهایی که با محیط سازگاری بیشتری دارند.

• داکت اسپلیت

راندمان انرژی: متوسط، زیرا ممکن است انرژی در کانال کشی از بین برود.

هزینه نصب و راه اندازی: متوسط ​​تا زیاد، به دلیل نیاز به کانال کشی در داخل سقف

هزینه تعمیرات و نگهداری: متوسط، به صورت دوره ای نیاز به تمیز سازی کانال ها دارد

فضای مورد نیاز: به فضایی برای کانال کشی در داخل سقف و واحدهای بیرونی نیاز دارد.

تأثیر محیطی: کم تا متوسط، به دلیل استفاده از گازهایی که با محیط سازگاری بیشتری دارند.

• اسپلیت

راندمان انرژی: برای مناطق کوچک زیاد است، زیرا در کانال کشی اتلاف انرژی وجود ندارد.

هزینه نصب و راه اندازی: کم تا متوسط.

هزینه تعمیرات و نگهداری: کم، خدمات نسبتاً آسان و دسترس

فضای مورد نیاز: حداقل، بدون نیاز به کانال کشی.

تأثیر محیطی: بسته به مبرد، کم تا متوسط.

• کولرهای آبی

راندمان انرژی: در آب و هوای خشک بالا، در آب و هوای مرطوب کم.

هزینه نصب و راه اندازی: کم تا متوسط، با توجه به میزان کانال کشی در داخل ساختمان

هزینه تعمیرات و نگهداری: کم تا متوسط، با تعویض منظم آب و پوشال

فضای مورد نیاز: حداقل فضای مورد نیاز

اثرات زیست محیطی: کم، بدون استفاده از مبرد.

نتیجه گیری:

برای انتخاب بهترین سیستم خنک کننده برای یک ساختمان می بایست مواردی چون راندمان انرژی، هزینه های نصب و راه اندازی، هزینه های تعمیرات و نگهداری تجهیزات، فضای مورد نیاز تجهیزات و اثرات زیست محیطی را بررسی کنیم.

سیستم های چیلر و مینی چیلر برای ساختمان های بزرگی که به ظرفیت سرمایش قابل توجه و دمای ثابت نیاز دارند و هزینه های نصب و نگهداری آنها قابل تحمل است و همچنین فضای مورد نیاز برای نصب تجهیزات را دارند، ایده‌آل هستند.
سیستم‌های VRF بهترین کارایی انرژی و انعطاف پذیری را در بین این گزینه ها ارائه می دهند و آن‌ها را برای ساختمان های متوسط تا بزرگ با نیازهای خنک کننده متنوع مناسب می سازند.
داکت اسپلیت ها تعادلی بین هزینه و عملکرد برای ساختمان ها با اندازه متوسط ایجاد می کنند، اما شامل تلفات انرژی از طریق کانال کشی می شوند.
سیستم های اسپلیت برای فضاهای کوچک بسیار کارآمد و مقرون به صرفه هستند و در بین این گزینه ها کمترین هزینه برای نصب و نگهداری را دارند. کولر های آبی دوستدار محیط زیست و مقرون به صرفه ترین تجهیزات در آب و هوای خشک هستند، اما در شرایط مرطوب کمتر موثر هستند و بازدهی مناسبی ندارند.

در نهایت، انتخاب بهترین گزینه باید بر اساس الزامات خاص ساختمان، شرایط آب و هوایی و ملاحظات بودجه باشد.