Os sistemas variáveis de fluxo de refrigerante (VRF) variam o fluxo do refrigerante a unidades internas com base na demanda. Essa capacidade de controlar a quantidade de refrigerante fornecida às unidades de bobina de ventilador localizadas em um edifício torna a tecnologia VRF ideal para aplicações com cargas variadas ou onde o zoneamento é necessário.
Os sistemas VRF estão disponíveis como sistemas de bomba de calor ou como sistemas de recuperação de calor para as aplicações onde é necessário aquecimento e resfriamento simultâneos. Além de fornecer conforto superior, os sistemas VRF oferecem flexibilidade de design, economia de energia e instalação econômica.
Tecnologia VRF
Em um sistema VRF, várias unidades de bobina de ventilador interno podem estar conectadas a uma unidade externa. A unidade externa possui um ou mais compressores acionados por inversor, para que sua velocidade possa variar alterando a frequência da fonte de alimentação para o compressor. À medida que a velocidade do compressor muda, o mesmo acontece com a quantidade de refrigerante entregue pelo compressor.
Cada unidade de bobina de ventilador interno possui seu próprio dispositivo de medição que é controlado pela própria unidade interna ou pela unidade externa. À medida que 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 possuem requisitos de carga por peça com base no uso ou orientação para o edifício, bem como aplicativos que requerem zoneamento.
Vantagens de um sistema VRF
Controle significa conforto
A chave para fornecer conforto é fornecer aquecimento ou resfriamento quando e onde é necessário sem oscilações em temperatura ambiente.
Nos sistemas convencionais, o compressor está ligado ou desligado; portanto, mesmo os espaços que têm controles individuais experimentam flutuações na temperatura ambiente à medida que o compressor para e depois começa novamente para manter a configuração do termostato (Fig. Abaixo).
Em um sistema VRF, uma vez que a velocidade do compressor pode ser variada, o compressor não liga e desativando, mas opera continuamente por períodos mais longos (Fig. Abaixo). O fluxo de refrigerante necessário é fornecido à bobina do ventilador interno e, uma vez atingido o ponto de ajuste, o fluxo do refrigerante é ajustado para manter a temperatura ambiente sem problemas sem flutuação.
Além de ter pontos de ajuste distintos, as velocidades do ventilador da unidade interna e as posições de persianas podem ser alteradas para fornecer conforto adicional no espaço.
Flexibilidade do projeto
Uma das principais vantagens de um sistema VRF é a flexibilidade fornecida pela diversidade da oferta de produtos. Vários tipos e tamanhos de bobinas de ventilador estão disponíveis para se ajustar a qualquer aplicativo.
A figura abaixo mostra um layout de zoneamento de amostra para um sistema VRF, combinando unidades externas, bobinas de ventilador do tipo cassete de 4 vias e bobinas de ventilador do tipo Hi-Wall para criar condições confortáveis para usos variados de 15 espaços diferentes no mesmo edifício.
Ao selecionar um sistema VRF, lembre -se de que nem todos os sistemas têm os mesmos recursos de tubulação. Os sistemas que oferecem recursos de tubulação expandidos maximizarão a flexibilidade do aplicativo fornecida pela tecnologia VRF. Considerações importantes ao revisar os recursos de tubulação são:
- 1) A diferença máxima de elevação permitida entre as unidades internas mais alta e mais baixa em um único sistema e
- 2) A distância permitida da unidade externa até a bobina de ventilador mais distante do sistema
Instalação econômica
Dependendo da aplicação, a instalação de um sistema VRF pode ser uma alternativa econômica aos sistemas tradicionais que requerem dutos ou tamanhos de tubos grandes e bombas e caldeiras no caso de sistemas de água refrigerada.
As unidades externas têm peso leve e têm uma pequena pegada. Isso significa que eles se encaixam em um elevador de serviço, portanto, nenhum guindaste é necessário para levantar uma instalação na cobertura. Em alguns casos, a economia no custo total de construção pode ser alcançada, pois a unidade leve significa que a estrutura de suporte adicional no teto não é necessária.
Economia de energia
Todos os sistemas VRF fornecem economia de energia, variando a velocidade do compressor e correspondendo à saída do sistema o mais próximo possível da carga. Além disso, os sistemas VRF não experimentam as mesmas perdas de energia que os sistemas que movem o ar condicionado através do duto.
No entanto, as diferenças no design nas unidades externas disponíveis influenciarão o nível de eficiência que é alcançado.
Comparação de sistemas VRF
Os sistemas VRF disponíveis no mercado hoje diferem de acordo com o número e o tipo de compressor.
Os três tipos de unidades que serão comparados aqui são:
- Compressor de velocidade variável única
- Compressor de velocidade variável mais compressor de velocidade fixa
- Compressores de velocidade variáveis múltiplos
Compressor de velocidade variável única
Neste sistema com um único compressor de rolagem de grande capacidade, o mesmo compressor inicia e funciona quando há demanda e nenhuma redundância estiver disponível se o compressor falhar.
Compressor de velocidade variável mais compressor de velocidade fixa
Nesse sistema de dois compressores, o compressor acionado por inversor sempre começa e aumenta até atingir sua capacidade máxima, momento em que o compressor de velocidade fixa inicia e o compressor inverterdriven aumenta. Este sistema fornece capacidade de backup.
Compressores de velocidade variáveis múltiplos
As unidades externas com vários compressores de rolagem rotativa a inversores, como mostrado na Fig. Abaixo, oferecem o conjunto mais completo de vantagens alcançáveis com um sistema VRF.
O sistema com 3 compressores orientados para inversores 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 com defeito possa ser substituído.
A sequência inicial dos compressores é girada, equalizando seu tempo de operação e, assim, minimizando o excesso de operação de um compressor individual.
Vários compressores acionados por inversores permitem que a unidade forneça melhor desempenho de carga por peça sem a necessidade de usar o desvio de gás quente. Sob condições de baixa carga, o sistema tem a vantagem de executar apenas tantos compressores em qualquer velocidade necessária para alcançar a capacidade necessária para satisfazer a carga e manter o conforto no espaço condicionado.
A figura abaixo compara o status operacional das unidades externas à medida que as alterações ocorrem nas cargas de ar condicionado. Com vários compressores acionados por inversores, pode ser feita uma correspondência melhor 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, eliminando as flutuações da temperatura ambiente.
Compressor rotativo gêmeo vs compressor de rolagem
Como observado acima, os dois tipos de compressores usados nas unidades externas de 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 de rolagem. A linha pontilhada representa o compressor de rolagem, que tem uma baixa eficiência em velocidades baixas e altas. Por outro lado, é a linha sólida que representa o compressor rotativo gêmeo, que possui excelente eficiência em todas as velocidades.
Os recursos de design de um compressor rotativo típico criam uma vantagem sobre o compressor típico de rolagem, exigindo que menos óleo seja bombeado do compressor para o sistema refrigerante. Reduzir a quantidade de óleo que se move através do sistema de refrigerante contribui para a eficiência do sistema de compressor rotativo gêmeo. A maior parte do óleo circulada pelo compressor rotativo pode ser isolada ainda mais na unidade externa do sistema.
Isso significa que, uma vez que uma zona tenha sido satisfeita, o dispositivo de medição pode ser fechado completamente - não deixado parcialmente aberto para facilitar o retorno do petróleo, conforme exigido pelos sistemas de compressor de rolagem. O fechamento do dispositivo de medição impede que o refrigerante circule através da unidade e evite a super -resfriamento ou superaquecimento do espaço. O resultado é maior conforto, bem como maior eficiência.
Considerações de design
Layout espacial
O design 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 de cargas em zonas dependerão do uso pretendido do espaço. Por sua vez, esses fatores determinarão se um sistema de bomba de calor ou sistema de recuperação de calor será a escolha mais eficiente.
A Figura abaixo mostra um layout espacial típico, com zonas especificadas como requer 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 realizada 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, como mostrado na Fig. Abaixo.
A figura abaixo mostra um layout de construção com 6 zonas. Uma maneira de atender aos requisitos de projeto deste edifício seria instalar 3 sistemas de bomba de calor, como mostrado abaixo:
Sistema 1 - Zonas A, C e D, que têm 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
Como alternativa, um sistema de recuperação de calor maior pode ser instalado.
Para determinar a melhor opção de design, uma análise de eficiência e comparação de custos das duas opções devem ser concluídas. Além disso, a conseqüência de uma quantidade maior de refrigerante circulando através do sistema maior deve ser considerada, uma vez que a quantidade de refrigerante no sistema tem implicações quando se trata de atender aos requisitos da ASHRAE 15.
Tamanho das unidades
O tamanho das unidades selecionadas deve ser considerado para impacto no design do sistema; As unidades menores fornecerão flexibilidade de zoneamento e exigirão menos tubulação e menos refrigerante por sistema.
Configuração da tubulação
A flexibilidade das opções de tubulação disponível deve ser considerada. Um sistema que oferece mais opções para combinar juntas e cabeçalhos 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 de economia de energia e deve ser considerado como uma alternativa aos sistemas tradicionais para as aplicações em que é necessária operação de zoneamento ou carga por peça.
Carrier Corporation Syracuse, Nova York
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