¿Cómo funciona el ciclo de descongelamiento en los sistemas VRF durante el invierno?

Los sistemas de flujo de refrigerante variable (VRF) se encuentran entre las soluciones HVAC más eficientes y flexibles y utilizan bombas de calor para proporcionar calefacción y refrigeración. Los sistemas VRF también requieren menos espacio que muchas otras instalaciones, ya que utilizan líneas de refrigerante compactas en lugar de conductos extensos o tuberías hidrónicas. También consolidan la calefacción y la refrigeración en un solo sistema.

Cuando un edificio utiliza un sistema VRF durante el invierno, la acumulación de hielo en la unidad exterior puede degradar el rendimiento. La capacidad de calefacción de la unidad se reduce gradualmente a medida que se acumula hielo en los serpentines exteriores y el congelamiento excesivo puede dañar el sistema. Para solucionar este problema, los fabricantes utilizan un ciclo de descongelación que invierte el funcionamiento de la bomba de calor:

• Una bomba de calor en modo de descongelación funciona de manera similar a un aire acondicionado: elimina el calor del aire interior y lo libera al exterior.
• La liberación de calor derrite el hielo acumulado en la bobina externa.
• Cuando se descongela la unidad exterior, la bomba de calor vuelve al modo de calefacción.

El ciclo de descongelación funciona con controles automáticos y hay muchas configuraciones posibles. Por ejemplo, algunos sistemas VRF ingresan al ciclo de descongelación a intervalos regulares según la temperatura exterior. Otros controles de descongelamiento miden el coeficiente de transferencia de calor o la presión del serpentín externo para detectar pérdidas de rendimiento causadas por las heladas, activando el ciclo de descongelamiento cuando sea necesario.

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Una bomba de calor de fuente de aire (ASHP) que cumple con los requisitos siguientes se considera ccASHP (ASHP de clima frío), lo que la hace adecuada para temperaturas muy bajas:

• Un factor de rendimiento estacional de calefacción (HSPF) de al menos 10.
• Un coeficiente de rendimiento (COP) de 1,75 a 5°F.

Cómo el ciclo de descongelación limita la capacidad de calefacción

Si bien el ciclo de descongelamiento es conveniente, tiene una limitación importante: los espacios interiores no se calientan mientras dura el proceso y los ciclos de descongelamiento se necesitan con mayor frecuencia a medida que baja la temperatura exterior. Esto deja las zonas interiores sin calefacción durante períodos más prolongados, precisamente cuando más se necesita.

• Cuando las temperaturas exteriores limitan el rendimiento de una bomba de calor VRF, una solución común es agregar un sistema de calefacción de respaldo. Normalmente, el sistema de respaldo utiliza un calentador de resistencia o un quemador de gas.
• Sin embargo, algunos fabricantes de bombas de calor han desarrollado formas de optimizar el ciclo de descongelación. Esto hace que los sistemas VRF dependan menos de la calefacción de respaldo.

La pérdida de calor causada por el ciclo de descongelación se puede mitigar teniendo varias unidades exteriores y programándolas para evitar la descongelación simultánea. Por ejemplo, si un sistema VRF tiene cuatro unidades exteriores y el ciclo de descongelación está programado para dos a la vez, el edificio solo experimenta una pérdida parcial de potencia de calefacción.

Este artículo compara los sistemas de bomba de calor VRF de varios fabricantes líderes, centrándose en la temperatura mínima nominal y el funcionamiento del ciclo de descongelación. Las marcas comparadas son Daikin, Mitsubishi y Panasonic.

• Los tres fabricantes tienen líneas de productos clasificadas para temperaturas de -4°F o menos.
• Aunque el ciclo de descongelación es inevitable incluso en las mejores marcas, se han desarrollado algunas tecnologías para mitigar su impacto.

Sistemas Daikin VRF

Daikin inventó la tecnología de flujo de refrigerante variable y otros fabricantes han desarrollado productos competidores. Daikin utiliza el término Volumen de refrigerante variable (VRV), que es una marca registrada. Por lo tanto, encontrará que sus productos se comercializan como sistemas VRV, mientras que los de otros fabricantes utilizan el término VRF.

Los sistemas Daikin VRV utilizan varios métodos para mitigar la pérdida de rendimiento causada por el ciclo de descongelación. Tenga en cuenta que la configuración de descongelación específica cambia según el producto.

• Daikin ha desarrollado un acumulador de calor para sus sistemas VRV, que continúa proporcionando calor mientras el ciclo de descongelación está activo.
• Algunas bombas de calor tienen un intercambiador de calor dual externo y solo se descongela un serpentín a la vez. La potencia de calefacción VRV se mantiene por encima del 30% con esta configuración.

La temperatura mínima de funcionamiento de los sistemas VRV depende del modelo específico. La siguiente tabla enumera las temperaturas mínimas para las principales líneas de productos Daikin, junto con la duración máxima del ciclo de descongelación:

Los sistemas VRF con bomba de calor son aquellos que proporcionan refrigeración o calefacción a todas las zonas, mientras que los sistemas VRF de recuperación de calor permiten calentar y enfriar simultáneamente diferentes zonas.

Sistemas VRF de Mitsubishi

La línea de productos VRF de Mitsubishi se llama CITY MULTI y está clasificada para temperaturas de hasta -13 °F. Mitsubishi desarrolló la tecnología Hyper Heat para minimizar la necesidad de descongelar:

• Con el sistema Hyper Heat, una de las líneas de refrigerante caliente circula a través de la unidad VRF exterior. El calor liberado retarda la acumulación de hielo o puede detenerla por completo.
• El ciclo de descongelamiento normal solo se activa en casos extremos en los que el sistema Hyper Heat no puede descongelar la unidad por sí solo.

La línea de productos CITY MULTI se clasifica de la siguiente manera:

Las cinco series de productos pueden equiparse con accesorios de baja temperatura, que reducen su rango de funcionamiento hasta -18,7 °F. En particular, la Serie R2 con Hyper Heat puede funcionar a temperaturas tan bajas como -25°F con los accesorios correspondientes.

Sistemas VRF de Panasonic

La línea de productos VRF de Panasonic se llama ECOi e incluye tres series principales:

• Serie MF2: Recuperador de calor VRF de 3 vías
• Serie ME2: bomba de calor VRF de 2 vías
• Serie Mini ECOi LE: VRF de 2 vías para uso residencial y comercial ligero

Las temperaturas mínimas de funcionamiento y las condiciones de descongelación para los sistemas VRF de Panasonic se resumen en la siguiente tabla:

Conclusión

Existe una amplia gama de sistemas VRF en el mercado y existen diferencias importantes en el rango de temperatura de funcionamiento. El proceso de diseño y especificación es muy importante cuando se trata de sistemas VRF, ya que incluso un producto de alta calidad puede tener un rendimiento inferior si no se adapta a la aplicación. Además, la instalación debe ser realizada por un contratista calificado, ya que muchos problemas de rendimiento del VRF pueden atribuirse a procedimientos de instalación deficientes.

Con un proceso de diseño e instalación adecuado, los sistemas VRF se encuentran entre las instalaciones HVAC de mayor rendimiento. Pueden lograr importantes ahorros en aire acondicionado durante el verano y proporcionar calefacción local libre de emisiones durante el invierno.