Os sistemas de fluxo de refrigerante variável (VRF) variam o fluxo de refrigerante para as unidades internas com base na demanda. Essa capacidade de controlar a quantidade de refrigerante fornecida às unidades ventiloconvectoras localizadas em todo o edifício torna a tecnologia VRF ideal para aplicações com cargas variadas ou onde é necessário zoneamento.
Os sistemas VRF estão disponíveis como sistemas de bomba de calor ou como sistemas de recuperação de calor para as aplicações em que é necessário aquecimento e resfriamento simultâneos. Além de proporcionar conforto superior, os sistemas VRF oferecem flexibilidade de projeto, economia de energia e instalação econômica.
TECNOLOGIA VRF
Em um sistema VRF, várias unidades ventiloconvectoras internas podem ser conectadas a uma unidade externa. A unidade externa possui um ou mais compressores acionados por inversor, portanto, sua velocidade pode ser variada alterando a frequência da fonte de alimentação do compressor. À medida que a velocidade do compressor muda, também muda a quantidade de refrigerante fornecida pelo compressor.
Cada unidade ventiloconvectora interior tem o seu próprio dispositivo de medição que é controlado pela própria unidade interior ou pela unidade exterior. Como cada unidade interna envia uma demanda para a unidade externa, a unidade externa fornece a quantidade de refrigerante necessária para atender aos requisitos individuais de cada unidade interna (Fig. acima).
Esses recursos tornam o sistema VRF ideal para todas as aplicações que têm requisitos de carga parcial com base no uso ou na orientação do edifício, bem como aplicações que requerem zoneamento.
VANTAGENS DE UM SISTEMA VRF
Controle significa conforto
A chave para proporcionar conforto é fornecer aquecimento ou resfriamento quando e onde for necessário, sem oscilações na temperatura ambiente.
Em sistemas convencionais, o compressor está ligado ou desligado, então mesmo os espaços que possuem controles individuais experimentam flutuações na temperatura ambiente quando o compressor para e depois liga novamente para manter o ajuste do termostato (Fig. abaixo).
Em um sistema VRF, como a velocidade do compressor pode ser variada, o compressor não liga e desliga, mas opera continuamente por períodos mais longos (Fig. abaixo). O fluxo de refrigerante necessário é fornecido ao ventiloconvector interior e, uma vez atingido o ponto de regulação, o fluxo de refrigerante é ajustado para manter a temperatura ambiente suave sem flutuação.
Além de ter pontos de ajuste distintos, as velocidades do ventilador da unidade interna e as posições das persianas podem ser alteradas para proporcionar conforto adicional no espaço.
Flexibilidade de projeto
Uma das grandes vantagens de um sistema VRF é a flexibilidade proporcionada pela diversidade da oferta de produtos. Vários tipos e tamanhos de ventiloconvectores estão disponíveis para atender a qualquer aplicação.
A figura abaixo mostra um exemplo de layout de zoneamento para um sistema VRF, combinando unidades externas, ventiloconvectores tipo cassete de 4 vias e ventiloconvetores tipo parede alta para criar condições confortáveis para usos variados de 15 espaços diferentes dentro do mesmo edifício.
Ao selecionar um sistema VRF, lembre-se de que nem todos os sistemas possuem os mesmos recursos de tubulação. Os sistemas que oferecem recursos de tubulação expandidos maximizarão a flexibilidade de aplicação fornecida pela tecnologia VRF. Considerações importantes ao revisar os recursos da tubulação são:
- 1) a diferença de elevação máxima permitida entre as unidades internas mais altas e mais baixas em um único sistema e
- 2) a distância permitida da unidade externa até o ventiloconvector mais distante do sistema
Instalação econômica
Dependendo da aplicação, a instalação de um sistema VRF pode ser uma alternativa econômica aos sistemas tradicionais que exigem dutos ou tubulações de grande porte e bombas e caldeiras no caso de sistemas de água gelada.
As unidades externas são leves e ocupam pouco espaço. Isso significa que eles cabem em um elevador de serviço, portanto, não é necessário guindaste para elevar até uma instalação no telhado. Em alguns casos, é possível economizar no custo total da construção, pois a unidade leve significa que não é necessária uma estrutura de suporte adicional no telhado.
Poupança de energia
Todos os sistemas VRF fornecem economia de energia variando a velocidade do compressor e combinando a saída do sistema o mais próximo possível da carga. Além disso, os sistemas VRF não sofrem as mesmas perdas de energia que os sistemas que movem ar condicionado através de dutos.
No entanto, as diferenças de design nas unidades externas disponíveis influenciarão o nível de eficiência alcançado.
COMPARAÇÃO DE SISTEMAS VRF
Os sistemas VRF disponíveis no mercado hoje diferem de acordo com o número e o tipo de compressor.
Os 3 tipos de unidades que serão comparadas aqui são:
- Compressor de velocidade variável única
- Compressor de velocidade variável mais compressor de velocidade fixa
- Múltiplos Compressores de Velocidade Variável
Compressor de velocidade variável única
Neste sistema com um único compressor scroll de grande capacidade, o mesmo compressor inicia e funciona quando há demanda e nenhuma redundância está disponível se o compressor falhar.
Compressor de velocidade variável mais compressor de velocidade fixa
Neste sistema de dois compressores, o compressor acionado por inversor sempre dá partida e acelera até atingir sua capacidade máxima, momento em que o compressor de velocidade fixa dá partida e o compressor acionado por inversor desacelera. Este sistema fornece capacidade de backup.
Múltiplos Compressores de Velocidade Variável
As unidades externas com vários compressores rotativos duplos acionados por inversor, conforme mostrado na Fig. abaixo, oferecem o conjunto mais completo de vantagens alcançáveis com um sistema VRF.
O sistema com 3 compressores acionados por inversor também oferece maior capacidade de backup. Se um dos compressores falhar, o sistema continuará operando a 67% de sua capacidade original, e o conforto será mantido no espaço condicionado até que o compressor defeituoso possa ser substituído.
A sequência de partida dos compressores é rotacionada, equalizando seu tempo de operação e, assim, minimizando o excesso de operação de um compressor individual.
Vários compressores acionados por inversor permitem que a unidade forneça melhor desempenho de carga parcial sem a necessidade de usar bypass de gás quente. Sob condições de baixa carga, o sistema tem a vantagem de operar apenas tantos compressores em qualquer velocidade necessária para atingir a capacidade necessária para satisfazer a carga e manter o conforto dentro do espaço condicionado.
A figura abaixo compara o estado de funcionamento das unidades exteriores à medida que ocorrem alterações nas cargas de ar condicionado. Com vários compressores acionados por inversor, pode ser feita uma melhor correspondência entre a carga no espaço e a saída do compressor; o sistema não desperdiça energia gerando capacidade extra e ao mesmo tempo proporciona maior conforto ao eliminar as flutuações de temperatura ambiente.
Compressor rotativo duplo vs Compressor scroll
Conforme observado acima, os dois tipos de compressores usados nas unidades externas VRF (Fig. abaixo) fornecem diferentes níveis de eficiência.
A figura abaixo compara a eficiência de um compressor rotativo duplo com a eficiência de um compressor scroll. A linha pontilhada representa o compressor scroll, que tem baixa eficiência em baixas e altas rotações. Em contraste está a linha contínua que representa o compressor rotativo duplo, que tem excelente eficiência em todas as velocidades.
As características de projeto de um compressor rotativo típico criam uma vantagem sobre o compressor scroll típico, exigindo que menos óleo seja bombeado do compressor para o sistema de refrigerante. Reduzir a quantidade de óleo que se move através do sistema de refrigerante contribui para a eficiência do sistema de compressor rotativo duplo. A maior parte do óleo circulado pelo compressor rotativo pode ser ainda isolada na unidade externa do sistema.
Isso significa que, uma vez satisfeita uma zona, o dispositivo de medição pode ser fechado completamente – não deixado parcialmente aberto para facilitar o retorno do óleo, conforme exigido pelos sistemas de compressor scroll. Fechar o dispositivo de dosagem evita que o refrigerante circule pela unidade e evita o sobrearrefecimento ou sobreaquecimento do espaço. O resultado é maior conforto e maior eficiência.
CONSIDERAÇÕES DE PROJETO
Layout do Espaço
O projeto de um sistema VRF começa com a compreensão do layout do espaço. A orientação do edifício e as estações durante as quais ocorrem cargas de pico devem ser consideradas. O tipo de carga (aquecimento ou resfriamento) e a distribuição das cargas em zonas dependerá do uso pretendido do espaço. Por sua vez, esses fatores determinarão se um sistema de bomba de calor ou um sistema de recuperação de calor será a escolha mais eficiente.
A figura abaixo mostra um layout de espaço típico, com zonas especificadas como exigindo aquecimento ou resfriamento e a carga refletida no tamanho e tipo das unidades internas mostradas.
Tipo de Sistema – Recuperação de Calor ou Bomba de Calor?
Os sistemas de bomba de calor e recuperação de calor fornecem aquecimento e resfriamento. Um sistema de bomba de calor fornece aquecimento ou resfriamento conforme necessário.
Um sistema de recuperação de calor é ideal quando é necessário aquecimento e resfriamento simultâneos. A maior eficiência será obtida quando as cargas de aquecimento e resfriamento forem iguais, maximizando a quantidade de energia que pode ser transferida de uma zona para outra usando o refrigerante, conforme mostrado na Fig. abaixo.
A figura abaixo mostra um layout de edifício com 6 zonas. Uma forma de atender aos requisitos de projeto deste edifício seria instalar 3 sistemas de bomba de calor conforme mostrado abaixo:
Sistema 1 – Zonas A, C e D, que possuem perfis semelhantes para requisitos de aquecimento e resfriamento
Sistema 2 – Zonas E e F, que têm perfis semelhantes para requisitos de aquecimento e resfriamento
Sistema 3 – Zona B, que requer apenas resfriamento
Alternativamente, um sistema maior de recuperação de calor pode ser instalado.
Para determinar a melhor escolha de projeto, uma análise de eficiência e comparação de custos das duas opções devem ser concluídas. Além disso, deve-se considerar a consequência de uma maior quantidade de refrigerante circulando pelo sistema maior, pois a quantidade de refrigerante no sistema tem implicações no atendimento aos requisitos da ASHRAE 15.
Tamanho das Unidades
O tamanho das unidades selecionadas deve ser considerado para impacto no projeto do sistema; unidades menores fornecerão flexibilidade de zoneamento e exigirão menos tubulação e menos refrigerante por sistema.
Configuração de tubulação
A flexibilidade das opções de tubulação disponíveis deve ser considerada. Um sistema que oferece mais opções para combinar juntas e cabeçotes em forma de Y pode minimizar a quantidade de tubulação e refrigerante usados, reduzindo assim o custo total do trabalho.
CONCLUSÃO
Um sistema VRF oferece instalação flexível e conforto de resfriamento e aquecimento com economia de energia e deve ser considerado uma alternativa aos sistemas tradicionais para aquelas aplicações em que é necessário zoneamento ou operação de carga parcial.
Carrier Corporation Syracuse, Nova York
