یکی از پرکاربردترین سیستم‌ها و تجهیزات جهت تهویه مطبوع تابستانی و زمستانی، دستگاه روفتاپ پکیج یا پکیج یونیت میباشد.
از روفتاپ پکیج (پکیج یونیت) جهت فیلتراسیون هوا، تأمین هوای تازه، سرمایش و یا گرمایش بصورت همزمان استفاده میشود.
عملکرد دستگاه پکیج یونیت (Rooftop Units) بدین گونه است که هوا توسط فن مکیده شده و پس از فیلتراسیون، در اثر تماس با سطح کویل سرمایشی و یا گرمایشی دمای آن کاهش یا افزایش می‌یابد.
روفتاپ پکیج (روف تاپ) به دو قسمت اصلی هواساز و کندانسینگ یونیت تقسیم میشود که هر دوی این قسمت‌ها در قالب یک دستگاه و پکیج تولید می‌گردد. هر یک از این دو قسمت دارای قسمت‌ها و جزئیاتی هستند که در این مقاله به تفصیل به آن‌ها خواهیم پرداخت.
قسمت هواساز یا هوارسان، شباهت زیادی به هواساز استاندارد یا هواساز هایژنیک دارد و قسمت کندانسینگ یونیت در واقع یک واحد سرمایش تراکمی است که بر اساس سیکل تبرید تراکمی عمل می‌کند.
از پکیج یونیت‌ها جهت تهویه مطبوع سالن‌های تولید، ساختمان‌های اداری، مراکز فرهنگی، مراکز درمانی، سالن‌های ورزشی، ویلا و … استفاده میشود.
روفتاپ پکیج دارای مزایای زیادی از جمله هزینه نگهداری پایین، ضریب عملکرد بالا، مصرف برق پایین، طول عمر بالا، تهویه مطبوع یکنواخت و پایدار و … است.
از روفتاپ پکیج با بخش هواساز هایژنیک در اتاق‌های تمیز نیز جهت تأمین شرایط استاندارد مورد نیاز استفاده میشود.
قسمت‌های اصلی روفتاپ پکیج
هوارسان
بخش هواساز در دستگاه روفتاپ پکیج شباهت‌های زیادی با یک دستگاه هواساز استاندارد یا هایژنیک دارد.
وظیفه این بخش مکش هوا و فیلتراسیون و همچنین کاهش یا افزایش دمای آن در اثر تماس با سطح کویل سرمایشی و یا گرمایشی است.
اولین قسمت بخش هواساز دستگاه پکیج یونیت دمپرهای هوای تازه و هوای برگشت میباشد که وظیفه کنترل دبی هوای ورودی به هواساز را دارند و از پره‌های آلومینیومی با ساختار ایرفویل ساخته می‌شوند. کنترل باز و بسته شدن دمپرها هم میتوان بصورت دستی و به کمک دستگیره و هم بصورت خودکار و کمک موتور دمپر و توسط سیستم کنترل مرکزی صورت گیرد.
قسمت بعدی، بسترهای فیلتراسیون هستند که بسته به کیفیت هوای مورد نیاز خروجی از دستگاه می‌تواند از یک تا چند بستر با راندمان‌های مختلف باشد.
بخش بعدی هواساز در روفتاپ پکیج کویلهای سرمایشی و گرمایشی هستند. در یک پکیج یونیت کویل سرمایشی به دلیل وجود کندانسینگ یونیت از نوع انبساط مستقیم یا DX است.
کویل گرمایشی در روفتاپ پکیج از نوع آب گرم بوده که وظیفه تأمین آب گرم آن با بویلر یا دیگ چدنی و یا پکیج گرمایشی میباشد.
قسمت بعدی در بخش هواساز پکیج یونیت فن و الکتروموتور میباشد که وظیفه مکش هوا و تزریق آن به فضای مورد تهویه را دارد. بطور کلی فن‌ها در هواساز از نوع سانتریفیوژ می‌باشند و بسته به کاربری هواساز که استاندارد باشد یا هایژنیک، میتوان از نوع پلاگ یا معمولی و بسته به میزان افت فشار هوا میتوان از نوع فوروارد و یا بکوارد استفاده نمود.
بدنه هواساز در روفتاپ پکیج دوجداره میباشد که در هواساز نوع استاندارد، هر دوجداره از جنس ورق گالوانیزه با ضخامت مناسب و در نوع هایژنیک جدار خارجی از ورق گالوانیزه و جدار داخلی از ورق استیل با ضخامت مناسب تعیین می‌گردد.
برای جلوگیری از اتلاف و هدررفت انرژی و صرفه‌جویی در آن، مابین دوجداره با عایق‌های مناسب با راندمان بالا عایق می‌گردد.
برای دقت در عملکرد دستگاه و کنترل آن میتوان از کنترلرها و محافظت‌ها و سنسورهای مختلفی در بخش هواساز روفتاپ پکیج استفاده نمود.
کندانسینگ یونیت
بخش دیگر دستگاه روفتاپ پکیج قسمت کندانسینگ یونیت یا یونیت کندانسور است. وظیفه این قسمت تأمین برودت یا سرمایش بر اساس سیکل تبرید تراکمی در دستگاه میباشد. عملکرد قسمت کندانسینگ یونیت بدین گونه است که مبرد در داخل کویل انبساط مستقیم (DX) بعد از گرفتن گرمای هوای در تماس با سطح کویل و کاهش دمای آن، خود افزایش دما پیدا کرده و تبخیر میشود و بر اثر فشار مکش کمپرسور به سمت آن حرکت می‌کند. مبرد در داخل کمپرسور متراکم شده و با سطح فشار بالاتر به سمت کندانسور می‌رود.
مبرد مافوق گرم در داخل کندانسور بر اثر تبادل حرارتی با هوای آزاد تقطیر شده و بصورت مایع پرفشار به سمت اواپراتور جریان می‌یابد. مبرد مایع پرفشار قبل از ورود به اواپراتور می‌بایست از اکسپنشن ولو (شیر انبساط) عبور کرده تا فشار آن تا حد فشار اولیه کاهش یابد، بدین ترتیب یک سیکل تبرید در کندانسینگ یونیت کامل میشود.
در واقع کویل انبساط مستقیم (DX) نقش اواپراتور را در روفتاپ پکیج و کندانسینگ یونیت دارد و وظیفه جذب حرارت و کاستن دمای هوا در دستگاه با آن است.
علاوه بر قطعات اصلی‌ای که به آن‌ها اشاره شده، قطعات کنترلی و حفاظتی متعددی نیز برای دقت در عملکرد و افزایش طول عمر کندانسینگ یونیت در دستگاه تعبیه می‌گردد.
قطعاتی از قبیل سوئیچ‌های فشار بالا و پایین و روغن، گیج‌ها، سنسورهای دمایی و رطوبت و … .
تابلو برق
یکی دیگر از قسمت‌های اصلی روفتاپ پکیج تابلو برق آن است که بصورت یکپارچه و در یک واحد برای هر دو قسمت پکیج یونیت شامل هوارسان و کندانسینگ یونیت طراحی و تولید میشود.
وظیفه تابلو برق روفتاپ پکیج راهبری، حفاظت و کنترل عملکرد دستگاه میباشد. استفاده از قطعات مناسب در تابلو برق تأثیر مستقیم در طول عمر دستگاه و کیفیت عملکرد آن دارد.
بطور کلی دو نوع تابلو برق در ساخت پکیج یونیت‌ها استفاده میشود. فارغ از نوع تابلو برق برای کنترل دور فن، بخش هوارسان روفتاپ پکیج میتوان از درایو اینورتر استفاده کرد. به کمک درایو اینورتر میتوان سرعت چرخش فن را کاهش یا افزایش داد و از این طریق دبی و دمای هوای خروجی از روفتاپ پکیج را کنترل نمود.
کلید کنتاکتوری
در طراحی و ساخت این نوع تابلو برق از کنتاکتور، کلید حرارتی یا بیمتال، رله، کنترل فاز، کنترل بار و ولتاژ، ساعت تایمر و ترموستات دیجیتالی استفاده میشود.
عملکرد تابلو برق توسط سیم‌کشی مدار فرمان بین قطعات انجام می‌پذیرد. ابعاد و اندازه این نوع تابلو برق معمولاً بزرگتر بوده و راهبری و نگهداری آن راحت‌تر میباشد.
کنترل PLC
در طراحی و ساخت تابلو برق با کنترل PLC نیز از انواع کنتاکتور، کلید حرارتی یا بیمتال، رله، کنترل فاز، کنترل بار و ولتاژ استفاده میشود و برای عملکرد دستگاه، از یک پنل کنترلی مستقل به نام کنترل PLC استفاده میشود.
در این نوع تابلو برق ابعاد کوچکتر است، کنترل دستگاه با دقت بالاتری انجام میشود و امکان برنامه‌ریزی متنوع در کارکرد دستگاه به سهولت وجود دارد.
قیمت این نوع تابلو برق در شرایط یکسان بیشتر از تابلو برق معمولی میباشد.
تفاوت روفتاپ پکیج با چیلر-هواساز
نتیجه عملکرد چیلر-هواساز با روفتاپ پکیج در واقع یکسان است و هر دو به کمک هوا باعث تهویه فضای مورد نظر می‌کنند. در هر دو سیستم از طریق کویل سرمایشی و گرمایشی، دمای هوا کاهش یافته و پس از فیلتراسیون به فضای مورد تهویه تزریق میشود. در نتیجه کیفیت و دمای هوا در هر دو سیستم یکسان است و تفاوتی نمی‌کند.
تفاوت اصلی در سیستم چیلر-هواساز و روفتاپ پکیج در بخش تولید سرمایش میباشد.
دانستن این نکته حائز اهمیت است که با اینکه سیستم تولید برودت یا سرمایش هر دو سیستم از نوع تراکمی میباشد اما تفاوت‌هایی در ساختار و مشخصه‌های فنی آن‌ها وجود دارد که در برخی از پروژه‌ها بسیار مهم و تعیین کننده هستند.
در سیستم چیلر-هواساز، آب پس از کاهش دما در چیلر توسط پمپ به کویل سرمایشی هواساز پمپاژ میشود. وجود آب و نیاز به سیستم لوله‌کشی و پمپاژ و همچنین انواع شیر و صافی و همین‌طور شیرهای کنترلی از جمله شیرهای موتوری، باعث افزایش هزینه و پیچیدگی راهبری و نگهداری این سیستم میشود.
اما در دستگاه روفتاپ پکیج از آنجایی که کویل بخش هواساز دستگاه از نوع انبساط مستقیم است و در واقع نقش اواپراتور سیستم سرمایشی را دارد، آب و کلیه ملزومات انتقال آن از قبیل پمپ و سیستم لوله‌کشی کاملاً حذف میشود.
اما از طرفی به دلیل ارتباط مستقیم مبرد به عنوان سیال عامل با هوا در کویل جهت تبادل حرارتی نوسانات دمایی روی تبخیر مبرد اثر مستقیم گذاشته و می‌تواند در بلند مدت به کمپرسور سیستم آسیب وارد کند.
ضریب عملکرد روفتاپ پکیج
ضریب عملکرد یک دستگاه روفتاپ پکیج یا پکیج یونیت به موارد زیادی بستگی دارد که توجه به آن‌ها در انتخاب و خرید دستگاه بسیار حائز اهمیت است. مواردی که در میزان ضریب عملکرد یک دستگاه پکیج یونیت مؤثر است عبارتند از:
کمپرسور
نوع کمپرسور بیشترین تأثیر را در میزان ضریب عملکرد بخش کندانسینگ یونیت دستگاه دارد. بطور کلی در بین کمپرسورهای برودتی، کمپرسور نوع اسکرال بیشترین میزان ضریب عملکرد دارد. در جدول زیر کمپرسورها بر اساس ضریب عملکرد از بیشترین به کمترین مرتب شده‌اند.
| ردیف | نوع کمپرسور (به ترتیب بیشترین به کمترین ضریب عملکرد) |
|---|---|
| 1 | اسکرال |
| 2 | اسکرو |
| 3 | سیلندر پیستونی |
کندانسور
ظرفیت کندانسور و سطح تبادل آن در میزان ضریب عملکرد کندانسینگ یونیت و در نهایت روفتاپ پکیج دارد. در واقع میزان heat rejection باید کاملاً مناسب جهت تقطیر مبرد باشد و کوچک بودن کندانسور و سطح تبادل حرارتی کم آن باعث افزایش فشار دیس‌شارژ یا دهش و کاهش ضریب عملکرد شود.
کویل سرمایشی
همانطور که می‌دانیم کویل سرمایشی روفتاپ پکیج از نوع انبساط مستقیم (DX) میباشد و نقش اواپراتور مدار سرمایشی را ایفا می‌کند.
کوچک بودن اواپراتور و سطح کم تبادل حرارتی آن و یا بالا بودن سطح تبادل حرارتی آن در واقع عدم طراحی صحیح جهت تبخیر منظم و دقیق مبرد، می‌تواند باعث کاهش و یا فشار ساکشن یا مکش شده و علاوه بر خطر آسیب رساندن به کمپرسور بر روی ضریب عملکرد دستگاه نیز تأثیر منفی بگذارد.
فن
نتیجه عملکرد یک دستگاه روفتاپ پکیج توسط فن به فضای مورد تهویه منتقل میشود و در نتیجه کوچکترین اشتباه در طراحی و انتخاب فن می‌تواند تأثیر مستقیم و مشهود در عملکرد دستگاه و میزان ضریب عملکرد آن داشته باشد.
توجه به سرعت و دبی هوای مکش شده از بیرون و مدت زمان تماس هوای تهویه نشده با سطوح کویلهای سرمایشی و گرمایشی و بسترهای فیلتراسیون و همچنین افت فشار داخلی و خارجی در هنگام طراحی و انتخاب فن باعث می‌گردد که از هدررفت انرژی و کاهش ضریب عملکرد دستگاه پیشگیری شود.
فنرهای مورد استفاده در پکیج یونیت‌ها از نوع سانتریفیوژ می‌باشند و بسته به مجموع افت فشار داخلی و خارجی نوع فن می‌تواند فوروارد و یا بکوارد باشد.
فن سانتریفیوژ نوع فوروارد جهت افت فشارهای کم و فن سانتریفیوژ نوع بکوارد جهت افت فشارهای زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در روف تاپ پکیج‌های مورد استفاده در اتاق‌های تمیز، از فن‌های سانتریفیوژ نوع پلاگ استفاده میشود.
دلیل استفاده از این نوع فن‌ها در روفتاپ پکیج‌های هایژنیک، وجود تسمه و ذرات معلق تولید شده توسط آن در حین حال کار بوده و کوپل مستقیم فن به الکتروموتور است.
حجم ثابت و حجم متغیر
قسمت هوارسان روفتاپ پکیج را میتوان به دو صورت حجم هوای ثابت CAV و یا حجم هوای متغیر VAV طراحی و تولید نمود.
در پکیج یونیت با حجم هوای ثابت، سرعت چرخش فن هواساز ثابت بوده و دبی هوای خروجی از هواساز و در نهایت روفتاپ پکیج نیز ثابت میباشد. از این رو برای تغییر دمای هوای خروجی از روفتاپ پکیج صرفاً میتوان از شیر موتوری در مسیر آب در گردش کویل آب گرم و یا کنترل دمای سطح کویل DX کمک گرفت. در کویلهای DX میتوان از طریق ترموستات به کمپرسور سیستم سرمایش تراکمی فرمان قطع و وصل یا کنترل ظرفیت داد.
اما در مقابل در هواساز با حجم هوای متغیر میتوان سرعت چرخش فن را کنترل کرد و از این طریق علاوه بر کنترل دبی هوای خروجی از روفتاپ پکیج دمای آن را نیز کنترل نمود. البته در هواساز نوع VAV علاوه بر کنترل سرعت فن از شیر موتوری و کنترل دمای سطح کویل DX نیز توامان میتوان برای کنترل دقیق‌تر نیز استفاده نمود.
وظیفه کنترل و تغییر سرعت فن در هواساز نوع حجم متغیر بر عهده تجهیزی به نام درایو اینورتر میباشد که در تابلو برق تعبیه میشود.
بطور کلی میتوان گفت روفتاپ (روف تاپ) پکیج یا همان پکیج یونیت، ترکیبی از دستگاه هواساز و سیستم سرمایشی تراکمی است.
در این دستگاه تولید سرمایش از طریق کویل انبساط مستقیم، سیستم تبرید تراکمی و تولید گرمایش از طریق کویل آب گرم و منبع گرمایشی مانند بویلر انجام شده و هوای مکیده شده حاصل تماس با سطح کویل، افزایش یا کاهش دما می‌یابد.
در این بین بسته به شرایط و نیاز پروژه، هوا با گذر از سطوح فیلتراسیون تمیز شده و پس از تغییر دما به فضای مورد تهویه تزریق می‌گردد.
هزینه نگهداری و استهلاک پایین و همین‌طور هزینه خرید و راه‌اندازی کمتر نسبت به سیستم چیلر-هواساز، از مزایای روفتاپ پکیج میباشد.
پرسش‌های متداول
بله، در صورتیکه بخش هواساز آن بصورت هایژنیک طراحی و ساخته شود، میتوان از آن در اتاق‌های تمیز نیز استفاده نمود.
در ظرفیت برابر برودتی و گرمایشی، کویلهای بخش هواساز و هوادهی بخش هوارسان تقریباً مصرف انرژی یکسان دارند.
در صورت نگهداری مناسب و شرایط عملکردی یکسان، طول عمر هر دو سیستم مشابه هم خواهد بود.
در صورت نگهداری مناسب و شرایط عملکردی یکسان، تقریباً هزینهها برابر است اما با کمی تفاوت میتوان گفت هزینه نگهداری چیلر-هواساز بیشتر میباشد.
از همه انواع کمپرسور برودتی میتوان در بخش کندانسینگ یونیت پکیج یونیت استفاده نمود. اولویت برای استفاده؛ ظرفیت، ضریب عملکرد، صدا و لرزش، هزینه نگهداری و تعمیرات و البته نوع کاربریای است که از روفتاپ پکیج برای آن استفاده میشود.
ممنون از مطالب خوبتون
سپاس از توجهتون .