Los sistemas de flujo de refrigerante variable (VRF) varían el flujo de refrigerante a las unidades interiores según la demanda. Esta capacidad de controlar la cantidad de refrigerante que se proporciona a las unidades fancoil ubicadas en un edificio hace que la tecnología VRF sea ideal para aplicaciones con cargas variables o donde se requiere zonificación.
Los sistemas VRF están disponibles como sistemas de bomba de calor o como sistemas de recuperación de calor para aquellas aplicaciones en las que se requiere calefacción y refrigeración simultáneas. Además de brindar una comodidad superior, los sistemas VRF ofrecen flexibilidad de diseño, ahorro de energía e instalación rentable.
TECNOLOGÍA VRF
En un sistema VRF, se pueden conectar varias unidades fancoil interiores a una unidad exterior. La unidad exterior tiene uno o más compresores accionados por inversor, por lo que su velocidad se puede variar cambiando la frecuencia del suministro de energía al compresor. A medida que cambia la velocidad del compresor, también lo hace la cantidad de refrigerante entregado por el compresor.
Cada unidad fancoil interior tiene su propio dispositivo de medición que es controlado por la propia unidad interior o por la unidad exterior. Como cada unidad interior envía una demanda a la unidad exterior, la unidad exterior entrega la cantidad de refrigerante necesaria para cumplir con los requisitos individuales de cada unidad interior (Fig. arriba).
Estas características hacen que el sistema VRF sea ideal para todas las aplicaciones que tienen requisitos de carga parcial basados en el uso o la orientación del edificio, así como aplicaciones que requieren zonificación.
VENTAJAS DE UN SISTEMA VRF
Control significa comodidad
La clave para brindar comodidad es proporcionar calefacción o refrigeración cuando y donde se requiera sin cambios en la temperatura ambiente.
En los sistemas convencionales, el compresor está encendido o apagado, por lo que incluso los espacios que tienen controles individuales experimentan fluctuaciones en la temperatura ambiente cuando el compresor se detiene y luego vuelve a encenderse para mantener la configuración del termostato (Fig. a continuación).
En un sistema VRF, dado que la velocidad del compresor se puede variar, el compresor no se enciende y se apaga, sino que funciona continuamente durante períodos más largos (Fig. a continuación). El flujo de refrigerante requerido se suministra al ventiloconvector interior y una vez que se alcanza el punto de ajuste, el flujo de refrigerante se ajusta para mantener la temperatura ambiente sin problemas y sin fluctuaciones.
Además de tener distintos puntos de ajuste, las velocidades del ventilador de la unidad interior y las posiciones de las rejillas se pueden cambiar para brindar comodidad adicional en el espacio.
Flexibilidad de diseño
Una de las principales ventajas de un sistema VRF es la flexibilidad que brinda la diversidad de la oferta de productos. Hay varios tipos y tamaños de fancoils disponibles para adaptarse a cualquier aplicación.
La siguiente figura muestra un diseño de zonificación de muestra para un sistema VRF, que combina unidades exteriores, fancoils tipo casete de 4 vías y fancoils tipo pared alta para crear condiciones cómodas para diferentes usos de 15 espacios diferentes dentro del mismo edificio.
Al seleccionar un sistema VRF, tenga en cuenta que no todos los sistemas tienen las mismas capacidades de tubería. Los sistemas que ofrecen capacidades de tubería ampliadas maximizarán la flexibilidad de la aplicación proporcionada por la tecnología VRF. Las consideraciones importantes al revisar las capacidades de las tuberías son:
- 1) la diferencia de elevación máxima permitida entre las unidades interiores más alta y más baja en un solo sistema y
- 2) la distancia permitida desde la unidad exterior hasta el fancoil más alejado del sistema
Instalación rentable
Según la aplicación, la instalación de un sistema VRF puede ser una alternativa rentable a los sistemas tradicionales que requieren conductos o tuberías de gran tamaño, y bombas y calderas en el caso de los sistemas de agua fría.
Las unidades exteriores son livianas y ocupan poco espacio. Esto significa que caben en un ascensor de servicio, por lo que no se requiere grúa para subir a una instalación en la azotea. En algunos casos, se pueden lograr ahorros en el costo total de construcción ya que la unidad liviana significa que no se requiere una estructura de soporte adicional en el techo.
Ahorros de energía
Todos los sistemas VRF brindan ahorros de energía al variar la velocidad del compresor y hacer coincidir la salida del sistema lo más cerca posible de la carga. Además, los sistemas VRF no experimentan las mismas pérdidas de energía que los sistemas que mueven aire acondicionado a través de conductos.
Sin embargo, las diferencias en el diseño de las unidades exteriores disponibles influirán en el nivel de eficiencia que se logre.
COMPARACIÓN DE SISTEMAS VRF
Los sistemas VRF disponibles en el mercado hoy en día difieren según el número y tipo de compresor.
Los 3 tipos de unidades que se compararán aquí son:
- Compresor de velocidad variable simple
- Compresor de velocidad variable más compresor de velocidad fija
- Compresores Múltiples de Velocidad Variable
Compresor de velocidad variable simple
En este sistema con un solo compresor scroll de gran capacidad, el mismo compresor arranca y funciona cuando hay demanda y no hay redundancia disponible si el compresor falla.
Compresor de velocidad variable más compresor de velocidad fija
En este sistema de dos compresores, el compresor accionado por inversor siempre arranca y acelera hasta que alcanza su capacidad máxima, momento en el que el compresor de velocidad fija arranca y el compresor accionado por inversor disminuye. Este sistema proporciona capacidad de respaldo.
Compresores Múltiples de Velocidad Variable
Las unidades exteriores con múltiples compresores scroll rotativos dobles accionados por inversor, como se muestra en la figura a continuación, ofrecen el conjunto más completo de ventajas que se pueden lograr con un sistema VRF.
El sistema con 3 compresores inverter también proporciona una mayor capacidad de respaldo. Si uno de los compresores falla, el sistema continuará operando al 67% de su capacidad original y se mantendrá la comodidad en el espacio acondicionado hasta que se pueda reemplazar el compresor defectuoso.
La secuencia de arranque de los compresores se rota, igualando su tiempo de funcionamiento y minimizando así el exceso de funcionamiento de un compresor individual.
Múltiples compresores accionados por inversor permiten que la unidad brinde un mejor rendimiento de carga parcial sin la necesidad de utilizar una derivación de gas caliente. En condiciones de carga baja, el sistema tiene la ventaja de hacer funcionar solo la cantidad de compresores a la velocidad requerida para lograr la capacidad necesaria para satisfacer la carga y mantener la comodidad dentro del espacio acondicionado.
La siguiente figura compara el estado operativo de las unidades exteriores a medida que se producen cambios en las cargas de aire acondicionado. Con múltiples compresores accionados por inversor, se puede hacer una mejor combinación entre la carga en el espacio y la salida del compresor; el sistema no desperdicia energía generando capacidad extra y al mismo tiempo brinda mayor comodidad al eliminar las fluctuaciones de temperatura ambiente.
Compresor rotativo doble vs compresor scroll
Como se indicó anteriormente, los dos tipos de compresores utilizados en las unidades exteriores VRF (Fig. a continuación) brindan diferentes niveles de eficiencia.
La siguiente figura compara la eficiencia de un compresor rotativo doble con la eficiencia de un compresor scroll. La línea punteada representa el compresor scroll, que tiene poca eficiencia a bajas y altas velocidades. En contraste está la línea sólida que representa el compresor rotativo doble, que tiene una excelente eficiencia a todas las velocidades.
Las características de diseño de un compresor rotativo típico crean una ventaja sobre el compresor scroll típico al requerir que se bombee menos aceite desde el compresor al sistema refrigerante. La reducción de la cantidad de aceite que se mueve a través del sistema refrigerante contribuye a la eficiencia del sistema de compresor rotativo doble. La mayor parte del aceite que circula por el compresor rotativo se puede aislar aún más en la unidad exterior del sistema.
Esto significa que una vez que se ha satisfecho una zona, el dispositivo de medición puede cerrarse por completo, no dejarse parcialmente abierto para facilitar el retorno de aceite, como lo requieren los sistemas de compresores scroll. Cerrar el dispositivo dosificador evita que el refrigerante circule a través de la unidad y evita el sobreenfriamiento o el sobrecalentamiento del espacio. El resultado es una mayor comodidad, así como una mayor eficiencia.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Disposición del espacio
El diseño de un sistema VRF comienza con la comprensión del diseño del espacio. Se debe considerar la orientación del edificio y las estaciones durante las cuales se producen picos de carga. El tipo de carga (calefacción o refrigeración) y la distribución de las cargas por zonas dependerá del uso previsto del espacio. A su vez, estos factores determinarán si un sistema de bomba de calor o un sistema de recuperación de calor será la opción más eficiente.
La siguiente figura muestra un diseño de espacio típico, con zonas especificadas que requieren calefacción o refrigeración y la carga reflejada en el tamaño y tipo de las unidades interiores que se muestran.
Tipo de sistema: ¿recuperación de calor o bomba de calor?
Tanto la bomba de calor como los sistemas de recuperación de calor proporcionan calefacción y refrigeración. Un sistema de bomba de calor proporciona calefacción o refrigeración según sea necesario.
Un sistema de recuperación de calor es ideal cuando se requiere calefacción y refrigeración simultáneas. La mayor eficiencia se logrará cuando las cargas de calefacción y refrigeración sean iguales, maximizando la cantidad de energía que se puede transferir de una zona a otra usando el refrigerante, como se muestra en la Fig. a continuación.
La siguiente figura muestra un diseño de edificio con 6 zonas. Una forma de cumplir con los requisitos de diseño de este edificio sería instalar 3 sistemas de bomba de calor como se muestra a continuación:
Sistema 1 – Zonas A, C y D, que tienen perfiles similares para los requisitos de calefacción y refrigeración
Sistema 2 – Zonas E y F, que tienen perfiles similares para los requisitos de calefacción y refrigeración.
Sistema 3 – Zona B, que solo requiere refrigeración
Alternativamente, se podría instalar un sistema de recuperación de calor más grande.
Para determinar la mejor opción de diseño, se debe completar un análisis de eficiencia y una comparación de costos de las dos opciones. Además, se debe considerar la consecuencia de una mayor cantidad de refrigerante circulando por el sistema más grande, ya que la cantidad de refrigerante en el sistema tiene implicaciones a la hora de cumplir con los requisitos de ASHRAE 15.
Tamaño de las unidades
El tamaño de las unidades seleccionadas se debe considerar para el impacto en el diseño del sistema; las unidades más pequeñas proporcionarán flexibilidad de zonificación y requerirán menos tuberías y menos refrigerante por sistema.
Configuración de tuberías
Se debe considerar la flexibilidad de las opciones de tuberías disponibles. Un sistema que brinde más opciones para combinar juntas y cabezales en forma de Y podría minimizar la cantidad de tubería y refrigerante utilizados, reduciendo así el costo total del trabajo.
CONCLUSIÓN
Un sistema VRF ofrece una instalación flexible y un confort de calefacción y refrigeración que ahorra energía, y debe considerarse como una alternativa a los sistemas tradicionales para aquellas aplicaciones en las que se requiere zonificación o funcionamiento con carga parcial.
Carrier Corporation Siracusa, Nueva York
