Los sistemas de flujo de refrigerante variable (VRF) varían el flujo de refrigerante a las unidades interiores basadas en la demanda. Esta capacidad de controlar la cantidad de refrigerante que se proporciona a las unidades de bobina de los ventiladores ubicados en todo un edificio hace que la tecnología VRF sea ideal para aplicaciones con diferentes cargas 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 donde se requiere calefacción y enfriamiento simultáneos. Además de proporcionar 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 múltiples unidades de bobina de ventilador interior a una unidad exterior. La unidad al aire libre tiene uno o más compresores que están impulsados por los inversores, por lo que su velocidad puede variar cambiando la frecuencia de la fuente de alimentación al compresor. A medida que cambia la velocidad del compresor, también lo hace la cantidad de refrigerante entregada por el compresor.
Cada unidad de bobina del ventilador interior tiene su propio dispositivo de medición que está controlado por la unidad interior o por la unidad al aire libre. A medida que cada unidad interior envía una demanda a la unidad exterior, la unidad exterior ofrece la cantidad de refrigerante necesario 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 de piezas basados en el uso o la orientación del edificio, así como las aplicaciones que requieren zonificación.
Ventajas de un sistema VRF
Control significa comodidad
La clave para proporcionar comodidad es suministrar calefacción o enfriamiento cuando y donde se requiere sin columpios a temperatura ambiente.
In conventional systems, the compressor is either on or off, so even spaces that have individual controls experience fluctuations in room temperature as the compressor stops and then starts again to maintain the thermostat setting (Fig. below).
In a VRF system, since the speed of the compressor can be varied, the compressor does not cycle on and off, but operates continuously for longer periods (Fig. below). The required refrigerant flow is supplied to the indoor fan coil and once the set point is reached, the refrigerant flow is adjusted to maintain the room temperature smoothly without fluctuation.
In addition to having distinct set points, the indoor unit fan speeds and louver positions can be changed to provide additional comfort in the space.
Flexibilidad de diseño
One of the major advantages of a VRF system is the flexibility provided by the diversity of the product offering. Multiple types and sizes of fan coils are available to fit any application.
Figure below shows a sample zoning layout for a VRF system, combining outdoor units, 4-way cassette type fan coils, and hi-wall type fan coils to create comfortable conditions for varying uses of 15 different spaces within the same building.
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 ampliada maximizarán la flexibilidad de la aplicación proporcionada por la tecnología VRF. Consideraciones importantes al revisar las capacidades de tuberías son:
- 1) La diferencia de elevación máxima permitida entre las unidades interiores más altas y más bajas en un solo sistema y
- 2) La distancia permitida desde la unidad exterior hasta la bobina del ventilador más lejana del sistema
Instalación rentable
Dependiendo de la aplicación, la instalación de un sistema VRF puede ser una alternativa rentable a los sistemas tradicionales que requieren conductos o tamaños de tubería grandes, y bombas y calderas en el caso de los sistemas de agua fría.
Las unidades al aire libre tienen un peso ligero y tienen una pequeña huella. Esto significa que encajarán en un ascensor de servicio, por lo que no se requiere grúa para elevar 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.
Ahorro de energía
Todos los sistemas VRF proporcionan ahorros de energía al variar la velocidad del compresor y coincidir con 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 el aire acondicionado a través de los conductos.
Sin embargo, las diferencias en el diseño en las unidades al aire libre disponibles influirán en el nivel de eficiencia que se logra.
Comparación de sistemas VRF
Los sistemas VRF disponibles en el mercado hoy en día difieren según el número y el tipo de compresor.
Los 3 tipos de unidades que se compararán aquí son:
- Compresor de velocidad variable única
- Compresor de velocidad variable más compresor de velocidad fija
- Compresores de velocidad variable múltiples
Compresor de velocidad variable única
En este sistema con un único compresor de desplazamiento de gran capacidad, el mismo compresor comienza 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 compresoras, el compresor impulsado por el inversor siempre comienza y aumenta hasta que alcanza su capacidad máxima en cuyo momento comienza el compresor de velocidad fija y el compresor impulsado por el inversor. Este sistema proporciona capacidad de respaldo.
Compresores de velocidad variable múltiples
Las unidades al aire libre con múltiples compresores de desplazamiento rotativo gemelo impulsado por el inversor, como se muestra en la Fig. A continuación, ofrecen el conjunto de ventajas más completo que se puede lograr con un sistema VRF.
El sistema con 3 compresores impulsados por el inversor también proporciona una mayor capacidad de respaldo. Si uno de los compresores falla, el sistema continuará operando al 67% de su capacidad original, y la comodidad se mantendrá en el espacio condicionado hasta que se pueda reemplazar el compresor defectuoso.
La secuencia inicial de los compresores se gira, igualando su tiempo de funcionamiento y, por lo tanto, minimizando el exceso de operación de un compresor individual.
Múltiples compresores impulsados por el inversor permiten que la unidad proporcione un mejor rendimiento de carga de piezas sin la necesidad de usar el derivación de gas caliente. En condiciones de baja carga, el sistema tiene la ventaja de ejecutar solo tantos compresores a cualquier velocidad necesaria para lograr la capacidad necesaria para satisfacer la carga y mantener la comodidad dentro del espacio acondicionado.
La figura a continuación compara el estado operativo de las unidades al aire libre a medida que ocurren cambios en las cargas de aire acondicionado. Con múltiples compresores impulsados por inversores, se puede hacer una mejor coincidencia entre la carga en el espacio y la salida del compresor; El sistema no desperdicia energía generando capacidad adicional y, al mismo tiempo, proporciona una mayor comodidad al eliminar las fluctuaciones de temperatura ambiente.
Compresor rotativo gemelo vs compresor de desplazamiento
Como se señaló anteriormente, los dos tipos de compresores utilizados en unidades al aire libre VRF (Fig. A continuación) proporcionan diferentes niveles de eficiencia.
La figura a continuación compara la eficiencia de un compresor rotativo gemelo con la eficiencia de un compresor de desplazamiento. La línea punteada representa el compresor de desplazamiento, que tiene una mala eficiencia a velocidades bajas y altas. En contraste, la línea continua que representa el compresor rotativo gemelo, que tiene una excelente eficiencia a todas las velocidades.
Las características de diseño de un compresor rotativo típico crean una ventaja sobre el compresor de desplazamiento típico al requerir que se bombee menos aceite del compresor al sistema de refrigerante. La reducción de la cantidad de aceite que se mueve a través del sistema de refrigerante contribuye a la eficiencia del sistema de compresor gemelo gemelo. La mayor parte del aceite circulado por el compresor rotativo puede aislarse aún más a 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 quedarse parcialmente abierto para facilitar el retorno del aceite, como lo requiere los sistemas de compresor de desplazamiento. Cerrar el dispositivo de medición 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
Diseño de 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 cargas máximas. El tipo de carga (calefacción o enfriamiento) y la distribución de cargas en zonas dependerán 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 figura a continuación muestra un diseño de espacio típico, con zonas especificadas como que requieren calentamiento o enfriamiento y la carga reflejada en el tamaño y el tipo de las unidades interiores que se muestran.
Tipo de sistema: ¿recuperación de calor o bomba de calor?
La bomba de calor y los sistemas de recuperación de calor proporcionan calefacción y enfriamiento. Un sistema de bomba de calor proporciona calefacción o enfriamiento según sea necesario.
Un sistema de recuperación de calor es ideal cuando se requiere calefacción y enfriamiento simultáneos. La mayor eficiencia se realizará cuando las cargas de calefacción y enfriamiento sean iguales, al maximizar 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 figura a continuación muestra un diseño del 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 enfriamiento
Sistema 2 - Zonas E y F, que tienen perfiles similares para los requisitos de calefacción y enfriamiento
Sistema 3 - Zona B, que solo requiere enfriamiento
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 que circula a través del sistema más grande, ya que la cantidad de refrigerante en el sistema tiene implicaciones cuando se trata de cumplir con los requisitos de ASHRAE 15.
Tamaño de unidades
El tamaño de las unidades seleccionadas debe considerarse para 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 proporciona más opciones para combinar juntas y encabezados en forma de Y podría minimizar la cantidad de tuberías y refrigerante utilizados, reduciendo así el costo total del trabajo.
CONCLUSIÓN
Un sistema VRF ofrece una instalación flexible y una comodidad de enfriamiento y calefacción de ahorro de energía y debe considerarse como una alternativa a los sistemas tradicionales para aquellas aplicaciones donde se requiere la zonificación o la operación de carga de piezas.
Carrier Corporation Syracuse, Nueva York
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