وحدة ملف المروحة

وحدة ملف المروحة ( FCU )، والمعروفة أيضًا باسم وحدة ملف المروحة العمودية ( VFCU )، هي جهاز يتكون من مبادل حراري (ملف) ومروحة . تُستخدم وحدات ملف المروحة بشكل شائع في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) للمباني السكنية والتجارية والصناعية التي تستخدم تكييف الهواء المنفصل عبر القنوات أو التبريد المركزي. عادةً ما يتم توصيل وحدات ملف المروحة بقنوات التهوية ومنظم حرارة لتنظيم درجة حرارة مساحة واحدة أو أكثر، ولمساعدة وحدة معالجة الهواء الرئيسية لكل مساحة في حال استخدامها مع المبردات. يتحكم منظم الحرارة في سرعة المروحة و/أو تدفق الماء أو غاز التبريد إلى المبادل الحراري باستخدام صمام تحكم .

بفضل بساطتها ومرونتها وسهولة صيانتها، تُعدّ وحدات ملفات المروحة أكثر اقتصاديةً في التركيب من أنظمة الهواء النقي المتغيرة التدفق (VAV) أو أنظمة التدفئة المركزية المزودة بوحدات معالجة الهواء أو العوارض المبردة . تتوفر تكوينات متنوعة لوحدات ملفات المروحة، بما في ذلك الأفقية (المثبتة في السقف) والرأسية (المثبتة على الأرض)، ويمكن استخدامها في نطاق واسع من التطبيقات، بدءًا من الوحدات السكنية الصغيرة وصولًا إلى المباني التجارية والصناعية الكبيرة.

يعتمد مستوى الضوضاء الصادر من وحدات تكييف الهواء، كغيرها من أنواع التكييف، على مواد البناء المحيطة بالوحدة وتصميمها. وتصل مستويات الضوضاء في بعض وحدات تكييف الهواء إلى NR25 أو NC25.

يمكن تقدير ناتج وحدة تكييف الهواء (FCU) بقياس فرق درجة الحرارة بين الهواء الداخل والخارج من الوحدة، بالإضافة إلى حجم الهواء المتدفق عبرها. هذا تبسيط للأمر، ويمكن الرجوع إلى مصادر أخرى حول نسب الحرارة المحسوسة والسعة الحرارية النوعية للهواء، حيث يؤثر كلاهما على الأداء الحراري.

يشمل مصطلح وحدة ملف المروحة مجموعة من المنتجات وسيعني أشياء مختلفة للمستخدمين والمحددين والمثبتين في مختلف البلدان والمناطق، لا سيما فيما يتعلق بحجم المنتج وقدرة الإنتاج.

تنقسم وحدات ملفات المروحة بشكل رئيسي إلى نوعين: وحدات الدفع المباشر ووحدات السحب المباشر. وكما يوحي الاسم، في النوع الأول، تُركّب المراوح خلف المبادل الحراري، بينما في النوع الثاني، تُركّب المراوح أمام الملف، وتسحب الهواء من خلاله. تُعتبر وحدات السحب المباشر ذات كفاءة حرارية أعلى، لأنها عادةً ما تستغل المبادل الحراري بشكل أفضل. مع ذلك، فهي أغلى ثمناً، لأنها تتطلب هيكلاً لتثبيت المراوح، بينما تتكون وحدة الدفع المباشر عادةً من مجموعة مراوح مثبتة مباشرةً على الملف.

قد تكون وحدة مروحة الملف مخفية أو ظاهرة داخل الغرفة أو المنطقة التي تخدمها.

يمكن تركيب وحدة ملف المروحة المكشوفة على الحائط أو بشكل مستقل أو على السقف، وعادة ما يكون لها غلاف مناسب لحماية وإخفاء وحدة ملف المروحة نفسها، مع وجود شبكة هواء العودة وموزع هواء التغذية داخل هذا الغلاف لتوزيع الهواء.

عادةً ما يتم تركيب وحدة مروحة ملفية مخفية داخل تجويف سقف يسهل الوصول إليه أو منطقة خدمات. يتم تثبيت شبكة سحب الهواء وموزع هواء التغذية بشكل متساوٍ مع السقف، ويتم توصيلهما بقناة من وإلى وحدة المروحة الملفية، مما يتيح مرونة كبيرة في تحديد مواقع الشبكات بما يتناسب مع تصميم السقف و/أو تصميم التقسيمات داخل المساحة. ومن الشائع جدًا عدم توصيل الهواء الراجع بقناة واستخدام تجويف السقف كغرفة لسحب الهواء الراجع.

تستقبل وحدة الملف الماء الساخن أو البارد من محطة مركزية، وتعمل على إزالة الحرارة من الهواء أو إضافتها إليه عبر نقل الحرارة. عادةً، تحتوي وحدات ملفات المروحة على منظم حرارة داخلي خاص بها، أو يمكن توصيلها للعمل مع منظم حرارة خارجي. مع ذلك، وكما هو شائع في معظم المباني الحديثة المزودة بنظام إدارة طاقة المباني (BEMS)، يتم التحكم في وحدة ملف المروحة بواسطة وحدة تحكم رقمية محلية أو محطة خارجية (إلى جانب مستشعر درجة حرارة الغرفة ومشغلات صمامات التحكم المرتبطة بها) متصلة بنظام إدارة طاقة المباني عبر شبكة اتصالات، وبالتالي يمكن ضبطها والتحكم بها من نقطة مركزية، مثل جهاز كمبيوتر مركزي للمشرفين.

تقوم وحدات ملفات المروحة بتدوير الماء الساخن أو البارد عبر ملف لتكييف الهواء في مكان ما. تحصل الوحدة على الماء الساخن أو البارد من محطة مركزية، أو غرفة ميكانيكية تحتوي على معدات لإزالة الحرارة من الدائرة المغلقة للمبنى المركزي. قد تشمل المعدات المستخدمة آلات لإزالة الحرارة مثل المبرد أو برج التبريد ، ومعدات لتسخين مياه المبنى مثل الغلاية أو سخان المياه التجاري .

يمكن تقسيم وحدات ملفات المروحة المائية عمومًا إلى نوعين: وحدات ملفات المروحة ثنائية الأنابيب ووحدات ملفات المروحة رباعية الأنابيب. تحتوي وحدات ملفات المروحة ثنائية الأنابيب على أنبوب تغذية واحد وأنبوب إرجاع واحد. يزود أنبوب التغذية الوحدة بالماء البارد أو الساخن، حسب فصل السنة. أما وحدات ملفات المروحة رباعية الأنابيب، فتحتوي على أنبوبي تغذية وأنبوبي إرجاع. وهذا يسمح بدخول الماء الساخن أو البارد إلى الوحدة في أي وقت. ونظرًا لضرورة تدفئة وتبريد مناطق مختلفة من المبنى في الوقت نفسه، بسبب اختلاف فقدان الحرارة أو اكتسابها داخليًا، فإن وحدات ملفات المروحة رباعية الأنابيب هي الأكثر شيوعًا.

يمكن توصيل وحدات ملفات المروحة بشبكات الأنابيب باستخدام تصميمات طوبولوجية متنوعة، مثل "العودة المباشرة" أو "العودة العكسية" أو "الفصل التسلسلي". انظر دليل ASHRAE "الأنظمة والمعدات 2008"، الفصل 12.

اعتمادًا على درجة حرارة الماء المبرد المختارة والرطوبة النسبية للمكان، من المرجح أن يقوم ملف التبريد بتجفيف تيار الهواء الداخل، وكنتيجة ثانوية لهذه العملية، قد ينتج عنه أحيانًا تكثيف يتطلب تصريفه. تحتوي وحدة المروحة الملفية على صينية تجميع مصممة خصيصًا لهذا الغرض مع وصلة تصريف. أبسط طريقة لتصريف التكثيف من وحدات المروحة الملفية المتعددة هي عبر شبكة أنابيب مائلة إلى نقطة مناسبة. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام مضخة تكثيف في حال محدودية المساحة المتاحة لشبكة الأنابيب.

تُعدّ محركات المراوح داخل وحدة ملف المروحة مسؤولة عن تنظيم درجة حرارة التدفئة والتبريد المطلوبة للوحدة. وتستخدم الشركات المصنعة المختلفة طرقًا متنوعة للتحكم في سرعة المحرك. فبعضها يستخدم محول تيار متردد، حيث يتم ضبط نقاط التوصيل لتنظيم الطاقة المُزوَّدة لمحرك المروحة. ويتم هذا الضبط عادةً خلال مرحلة التشغيل التجريبي للمبنى، ويبقى ثابتًا طوال عمر الوحدة.

بدلاً من ذلك، يستخدم بعض المصنّعين محركات مكثفات دائمة الفصل (PSC) ذات ملفات مصممة خصيصًا، مزودة بمفاتيح ضبط السرعة. تُضبط هذه المفاتيح على مستويات السرعة المطلوبة وفقًا لتصميم وحدة مروحة التبريد. ولتمكين التحكم المباشر، يُزوّد ​​شاغلو الغرفة بمفتاح بسيط لاختيار السرعة (إيقاف - عالي - متوسط ​​- منخفض). غالبًا ما يكون هذا المفتاح مدمجًا في منظم حرارة الغرفة، ويمكن ضبطه يدويًا أو التحكم فيه تلقائيًا بواسطة منظم حرارة رقمي.

تُستخدم أنظمة إدارة الطاقة في المباني للتحكم التلقائي في سرعة المروحة ودرجة الحرارة. وتُستخدم في هذه الوحدات عادةً محركات تيار متردد ذات قطب مظلل أو محركات مكثف دائم الانقسام. وتشمل التطورات الحديثة استخدام تصميمات التيار المستمر عديمة الفرش مع التبديل الإلكتروني. وبالمقارنة مع الوحدات المجهزة بمحركات غير متزامنة ثلاثية السرعات، يمكن لوحدات ملفات المروحة التي تستخدم محركات عديمة الفرش أن تقلل استهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى 70%. ^{[ 1 ]}

تستخدم وحدات ملفات المروحة المتصلة بوحدات تكييف الهواء المنفصلة ذات القنوات غاز التبريد في ملف التبريد بدلاً من سائل التبريد، وترتبط بوحدة مكثف كبيرة بدلاً من وحدة تبريد. وقد ترتبط أيضاً بوحدات مكثف مبردة بالسوائل ، والتي تستخدم سائل تبريد وسيط لتبريد المكثف باستخدام أبراج التبريد.

تُسمى هذه المحركات أحيانًا محركات التيار المستمر، وأحيانًا محركات التيار المتردد ، وأحيانًا محركات التيار المستمر/التيار المتردد. يشير مصطلح DC إلى التيار المستمر ، بينما يشير مصطلح EC إلى التيار المتردد الإلكتروني.

تتيح محركات التيار المستمر التحكم في سرعة المراوح داخل وحدة ملف المروحة عن طريق إشارة تحكم دخل تتراوح بين 0 و10 فولت، مما يُغني عن استخدام المحولات ومفاتيح السرعة الموجودة في ملفات المروحة التي تعمل بالتيار المتردد. تتوقف المروحة عن الدوران حتى جهد إشارة يصل إلى 2.5 فولت (قد يختلف هذا الجهد باختلاف مُصنّعي المراوح والمحركات)، ولكن مع زيادة جهد الإشارة، تزداد سرعة المروحة تدريجيًا حتى تصل إلى أقصى سرعة عند جهد إشارة 10 فولت. تعمل ملفات المروحة عادةً بجهد يتراوح بين 4 و7.5 فولت تقريبًا، لأن تدفق الهواء يكون غير فعال عند أقل من 4 فولت، بينما يكون صوت ملف المروحة مرتفعًا جدًا عند جهد أعلى من 7.5 فولت، مما يجعله غير مناسب لمعظم التطبيقات التجارية.

يمكن ضبط جهد الإشارة (0-10 فولت) إما باستخدام مقياس جهد بسيط، أو عن طريق وحدة التحكم الطرفية في كل وحدة من وحدات ملف المروحة. الطريقة الأولى بسيطة وغير مكلفة، بينما تتيح الطريقة الثانية إمكانية تغيير سرعة المروحة باستمرار تبعًا لظروف خارجية مختلفة. قد تشمل هذه الظروف الطلب الفوري على التدفئة أو التبريد، ومستويات الإشغال، ومفاتيح النوافذ، وساعات التوقيت، أو أي مدخلات أخرى من الوحدة نفسها، أو نظام إدارة المبنى ، أو كليهما.

على الرغم من تعقيدها الظاهري، فإن السبب وراء ازدياد شعبية وحدات ملفات المروحة التي تعمل بالتيار المستمر هو تحسّن كفاءتها في استهلاك الطاقة مقارنةً بنظيراتها التي تعمل بمحركات التيار المتردد والتي كانت شائعة قبل بضع سنوات فقط. يؤدي التحويل المباشر من التيار المتردد إلى التيار المستمر إلى خفض استهلاك الكهرباء بنسبة 50%، بينما يمكن أن تصل نسبة التوفير إلى 80% عند تطبيق نظام تحكم في سرعة المروحة يعتمد على الطلب وعدد الأشخاص. في المناطق التي تُفرض فيها متطلبات قانونية لكفاءة الطاقة لوحدات ملفات المروحة (مثل المملكة المتحدة)، أصبحت وحدات ملفات المروحة التي تعمل بالتيار المستمر الخيار الأمثل.

في المباني الشاهقة، يمكن تكديس وحدات التبريد والتدفئة عموديًا، بحيث تكون واحدة فوق الأخرى من طابق إلى آخر، وجميعها متصلة ببعضها البعض بواسطة نفس حلقة الأنابيب.

تُعدّ وحدات ملفات المروحة آلية توزيع ممتازة لأنظمة غلايات التبريد المائية في المباني السكنية الكبيرة والمباني التجارية الصغيرة. في هذه التطبيقات، تُركّب وحدات ملفات المروحة في أسقف الحمامات، ويمكن استخدامها لتوفير مناطق راحة غير محدودة، مع إمكانية إيقاف تشغيل المناطق غير المستخدمة من المبنى لتوفير الطاقة.

في المباني السكنية الشاهقة، تتطلب كل وحدة تكييف هواء عادةً فتحة مستطيلة في البلاطة الخرسانية التي ترتكز عليها. عادةً ما يمر عبر الأرضية أنبوبان أو أربعة أنابيب مصنوعة من مادة ABS أو الفولاذ أو النحاس. تُعزل هذه الأنابيب عادةً بعازل تبريد، مثل رغوة البولي فينيل كلوريد / أكريلونيتريل بوتادين (AB/PVC) المرنة (من علامتي Rubatex أو Armaflex)، على جميع الأنابيب، أو على الأقل على خطوط المياه المبردة، لمنع تكثف الماء.

وحدة التهوية هي وحدة مروحة ملفية تُستخدم بشكل أساسي في الفصول الدراسية والفنادق والشقق السكنية. يمكن أن تكون وحدة التهوية عبارة عن خزانة مثبتة على الحائط أو معلقة في السقف، وهي مصممة لاستخدام مروحة لدفع الهواء الخارجي عبر ملف، وبالتالي تكييف وتهوية المكان الذي تخدمه.

تتكون وحدة المروحة الملفية من ربع وحدات ذات أنبوبين وثلاثة أرباع وحدات ذات أربعة أنابيب، والمنتجات الأكثر مبيعًا هي "مع غلاف" (35%)، و"بدون غلاف" (28%)، و"الكاسيت" (18%)، و"الموجهة" (16%). ^{[ 2 ]}

تم تقسيم السوق حسب المنطقة في عام 2010 على النحو التالي:

• العزل الحراري
• نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
• بناء
• متورم
• مقاومة للحريق