I sistemi di flusso di refrigerante variabile (VRF) variano il flusso di unità refrigerante a quelle interne in base alla domanda. Questa capacità di controllare la quantità di refrigerante fornita alle unità della bobina a ventole situate in un edificio rende la tecnologia VRF ideale per applicazioni con carichi variabili o dove è richiesta la suddivisione in zone.
I sistemi VRF sono disponibili come sistemi di pompe di calore o come sistemi di recupero del calore per quelle applicazioni in cui sono necessari il riscaldamento e il raffreddamento simultanei. Oltre a fornire un comfort superiore, i sistemi VRF offrono flessibilità di progettazione, risparmi energetici e installazione economica.
TECNOLOGIA VRF
In un sistema VRF, più unità di bobina per ventole interna possono essere collegate a un'unità esterna. L'unità esterna ha uno o più compressori che sono guidati da inverter, quindi la loro velocità può essere variata modificando la frequenza dell'alimentazione al compressore. Man mano che la velocità del compressore cambia, anche la quantità di refrigerante erogata dal compressore.
Ogni unità di bobina a ventole interna ha il proprio dispositivo di misurazione che è controllato dall'unità interna stessa o dall'unità esterna. Poiché ogni unità interna invia una domanda all'unità esterna, l'unità esterna fornisce la quantità di refrigerante necessaria per soddisfare i requisiti individuali di ciascuna unità interna (Fig. Sopra).
Queste caratteristiche rendono il sistema VRF ideale per tutte le applicazioni che dispongono di requisiti di carico di parti in base all'utilizzo o all'orientamento dell'edificio, nonché applicazioni che richiedono zonizzazione.
VANTAGGI DI UN SISTEMA VRF
Controllo significa comfort
La chiave per fornire comfort è fornire riscaldamento o raffreddamento quando e dove è richiesto senza oscillare a temperatura ambiente.
Nei sistemi convenzionali, il compressore è acceso o spento, quindi anche spazi che hanno controlli individuali sperimentano fluttuazioni a temperatura ambiente mentre il compressore si ferma e poi ricomincia a mantenere l'impostazione del termostato (Fig. Di seguito).
In un sistema VRF, poiché la velocità del compressore può essere variata, il compressore non si accende e si spegne, ma funziona continuamente per periodi più lunghi (Fig. Di seguito). Il flusso di refrigerante richiesto viene fornito alla bobina della ventola interna e una volta raggiunto il set point, il flusso del refrigerante viene regolato per mantenere la temperatura ambiente senza fluttuazione senza fluttuazioni.
Oltre ad avere set point distinti, le velocità della ventola dell'unità interna e le posizioni del feritoie possono essere modificate per fornire ulteriore comfort nello spazio.
Flessibilità di progettazione
Uno dei principali vantaggi di un sistema VRF è la flessibilità fornita dalla diversità dell'offerta di prodotti. Sono disponibili più tipi e dimensioni delle bobine a ventole per adattarsi a qualsiasi applicazione.
La figura seguente mostra un layout di suddivisione in zone per un sistema VRF, che combina unità esterne, bobine a ventole di tipo a 4 vie e bobine a ventole di tipo Hi-Wall per creare condizioni comode per usi variabili di 15 spazi diversi all'interno dello stesso edificio.
Quando si seleziona un sistema VRF, tieni presente che non tutti i sistemi hanno le stesse capacità di tubazioni. I sistemi che offrono funzionalità di tubazioni ampliate massimizzeranno la flessibilità dell'applicazione fornita dalla tecnologia VRF. Considerazioni importanti quando si esaminano le capacità di tubazioni sono:
- 1) La differenza di elevazione massima consentita tra le unità interne più alte e più bassa su un singolo sistema e
- 2) La distanza consentita dall'unità esterna alla ventola più lontana sul sistema
Installazione conveniente
A seconda dell'applicazione, l'installazione di un sistema VRF può essere un'alternativa economica ai sistemi tradizionali che richiedono condotte o grandi dimensioni di tubi e pompe e caldaie nel caso di sistemi di acqua refrigerata.
Le unità esterne hanno un peso leggero e hanno una piccola impronta. Ciò significa che si adatteranno a un ascensore di servizio, quindi non è necessaria una gru per sollevare un'installazione sul tetto. In alcuni casi, è possibile ottenere risparmi sul costo totale della costruzione poiché l'unità leggera significa che non è richiesta una struttura di supporto aggiuntiva nel tetto.
Risparmio energetico
Tutti i sistemi VRF forniscono risparmi energetici variando la velocità del compressore e abbinando l'output del sistema il più vicino possibile al carico. Inoltre, i sistemi VRF non sperimentano le stesse perdite di energia dei sistemi che spostano l'aria condizionata attraverso le condotte.
Tuttavia, le differenze nella progettazione nelle unità esterne disponibili influenzeranno il livello di efficienza raggiunto.
CONFRONTO DEI SISTEMI VRF
I sistemi VRF disponibili oggi sul mercato differiscono in base al numero e al tipo di compressore.
I 3 tipi di unità che verranno confrontati qui sono:
- Compressore a velocità variabile singola
- Compressore a velocità variabile più compressore a velocità fissa
- Compressori a velocità variabile multipla
Compressore a velocità variabile singola
In questo sistema con un singolo compressore di scorrimento di grande capacità, lo stesso compressore si avvia e funziona quando c'è domanda e non è disponibile alcuna ridondanza se il compressore fallisce.
Compressore a velocità variabile più compressore a velocità fissa
In questo sistema a due compressori, il compressore guidato dall'inverter inizia sempre e aumenta fino a raggiungere la sua massima capacità in cui si avvia il compressore a velocità fissa e il compressore InverterRiven si scatena. Questo sistema fornisce capacità di backup.
Compressori a velocità variabile multipla
Le unità esterne con compressori a scroll rotanti a gemelli a più inverter, come mostrato in Fig. Di seguito, offrono il set più completo di vantaggi realizzabili con un sistema VRF.
Il sistema con 3 compressori guidati dall'inverter fornisce anche una maggiore capacità di backup. Se uno dei compressori fallisce, il sistema continuerà a funzionare al 67% della sua capacità originale e il comfort verrà mantenuto nello spazio condizionato fino a quando il compressore difettoso non potrai essere sostituito.
La sequenza iniziale dei compressori viene ruotata, equalizzando il tempo operativo e quindi minimizzando il funzionamento in eccesso di un singolo compressore.
I compressori a più di inverter consentono all'unità di fornire migliori prestazioni di carico delle parti senza la necessità di utilizzare il bypass del gas a caldo. In condizioni di basso carico, il sistema ha il vantaggio di eseguire solo più compressori a qualsiasi velocità necessaria per raggiungere la capacità necessaria per soddisfare il carico e mantenere il comfort all'interno dello spazio condizionato.
La figura seguente confronta lo stato operativo delle unità esterne man mano che si verificano cambiamenti nei carichi di condizionamento dell'aria. Con i compressori a guida più inverter, è possibile effettuare una corrispondenza migliore tra il carico nello spazio e l'uscita del compressore; Il sistema non spreca energia che genera una capacità extra e allo stesso tempo offre maggiore comfort eliminando le fluttuazioni della temperatura ambiente.
Compressore rotante doppio vs Scroll Compressore
Come notato sopra, i due tipi di compressori utilizzati nelle unità esterne VRF (Fig. Di seguito) forniscono diversi livelli di efficienza.
La figura seguente confronta l'efficienza di un compressore rotante gemello con l'efficienza di un compressore di scorrimento. La linea tratteggiata rappresenta il compressore di scroll, che ha una scarsa efficienza a basse e alte velocità. Al contrario è la linea continua che rappresenta il compressore rotante gemello, che ha un'eccellente efficienza a tutte le velocità.
Le caratteristiche di progettazione di un tipico compressore rotante creano un vantaggio rispetto al tipico compressore di scorrimento richiedendo che meno olio venga pompato dal compressore al sistema di refrigerante. La riduzione della quantità di olio che si muove attraverso il sistema del refrigerante contribuisce all'efficienza del sistema di compressore rotante gemello. La maggior parte dell'olio diffuso dal compressore rotante può essere ulteriormente isolato all'unità esterna del sistema.
Ciò significa che una volta che una zona è stata soddisfatta, il dispositivo di misurazione può essere completamente chiuso, non lasciato parzialmente aperto per facilitare il ritorno dell'olio, come richiesto dai sistemi di compressore a scorrimento. La chiusura del dispositivo di misurazione impedisce al refrigerante di circolare attraverso l'unità ed evita il raffreddamento o il surriscaldamento dello spazio. Il risultato è maggiore comfort e maggiore efficienza.
CONSIDERAZIONI SUL DESIGN
Disposizione dello spazio
La progettazione di un sistema VRF inizia con la comprensione del layout dello spazio. L'orientamento dell'edificio e le stagioni durante le quali si verificano carichi di picco. Il tipo di carico (riscaldamento o raffreddamento) e la distribuzione dei carichi nelle zone dipenderanno dall'uso previsto dello spazio. A loro volta, questi fattori determineranno se un sistema di pompe di calore o un sistema di recupero del calore sarà la scelta più efficiente.
La figura seguente mostra un tipico layout di spazio, con le zone specificate come che richiedono riscaldamento o raffreddamento e il carico si riflette nelle dimensioni e nel tipo di unità interne mostrate.
Tipo di sistema: recupero di calore o pompa di calore?
La pompa di calore e i sistemi di recupero del calore forniscono entrambi riscaldamento e raffreddamento. Un sistema di pompa di calore fornisce riscaldamento o raffreddamento come richiesto.
Un sistema di recupero del calore è ideale quando sono necessari riscaldamento e raffreddamento simultanei. La massima efficienza sarà realizzata quando i carichi di riscaldamento e raffreddamento sono uguali, massimizzando la quantità di energia che può essere trasferita da una zona all'altra usando il refrigerante, come mostrato in Fig. Di seguito.
La figura seguente mostra un layout dell'edificio con 6 zone. Un modo per soddisfare i requisiti di progettazione di questo edificio sarebbe quello di installare 3 sistemi di pompe di calore come mostrato di seguito:
Sistema 1 - Zone A, C e D, che hanno profili simili per i requisiti di riscaldamento e raffreddamento
Sistema 2 - Zone E e F, che hanno profili simili per i requisiti di riscaldamento e raffreddamento
Sistema 3 - Zona B, che richiede solo il raffreddamento
In alternativa, potrebbe essere installato un sistema di recupero di calore più grande.
Per determinare la migliore scelta di progettazione, dovrebbero essere completati un'analisi di efficienza e il confronto dei costi delle due opzioni. Inoltre, è necessario prendere in considerazione la conseguenza di una maggiore quantità di refrigerante che circola attraverso il sistema più ampio, poiché la quantità di refrigerante nel sistema ha implicazioni quando si tratta di soddisfare i requisiti di Ashrae 15.
Dimensioni delle unità
Le dimensioni delle unità selezionate devono essere considerate per l'impatto sulla progettazione del sistema; Le unità più piccole forniranno flessibilità della suddivisione in zone e richiedono meno tubazioni e meno refrigerante per sistema.
Configurazione delle tubazioni
La flessibilità delle opzioni di tubazioni disponibili dovrebbe essere presa in considerazione. Un sistema che fornisce più opzioni per la combinazione di giunti e intestazioni a forma di Y potrebbe ridurre al minimo la quantità di tubazioni e il refrigerante utilizzato, riducendo così il costo totale del lavoro.
CONCLUSIONE
Un sistema VRF offre installazione flessibile e comfort di raffreddamento e riscaldamento a risparmio energetico e dovrebbe essere considerato un'alternativa ai sistemi tradizionali per tali applicazioni in cui è richiesto il funzionamento della suddivisione in zone o del carico di parti.
Carrier Corporation Syracuse, New York
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