El flujo de refrigerante variable (VRF) es una tecnología de aire acondicionado que logra una eficiencia extremadamente alta al variar el flujo de refrigerante a las unidades interiores según la demanda exacta de cada área individual. Esta capacidad de controlar el flujo de refrigerante hace que los sistemas VRF sean ideales para aplicaciones con cargas variables. Además, los sistemas VRF también pueden proporcionar calefacción de espacios, consolidando dos sistemas de construcción en uno y ahorrando espacio.
La tecnología VRF está disponible en dos versiones: sistemas de bomba de calor y sistemas de recuperación de calor. Los sistemas de bomba de calor VRF pueden enfriar o calentar todo el edificio, pero no pueden realizar ambas funciones al mismo tiempo. Los sistemas de recuperación de calor no tienen esta limitación y pueden atender cargas simultáneas de calefacción y refrigeración, lo que da lugar a 3 modos de funcionamiento diferentes:
- Modo de enfriamiento
- Modo calefacción
- Modo simultáneo de refrigeración y calefacción o recuperación de calor
Sistemas VRF en modo refrigeración.
En modo refrigeración, el funcionamiento del VRF no es muy diferente al de un sistema de aire acondicionado: las unidades interiores reciben refrigerante líquido y una válvula de expansión dentro de cada unidad controla la cantidad de refrigerante que fluye. Cuando el refrigerante ingresa al serpentín de enfriamiento, se evapora, eliminando el calor del aire interior y enfriando así la habitación. El calor extraído de los espacios interiores es luego rechazado al exterior.
Los sistemas VRF son mucho más eficientes que las unidades de techo convencionales (RTU), los aires acondicionados terminales (PTAC) y las unidades de ventana. Los sistemas mini-split sin ductos y los enfriadores enfriados por agua ofrecen una eficiencia similar en el modo de enfriamiento, pero no pueden funcionar en el modo de calefacción.
Sistemas VRF en modo calefacción.
A diferencia del modo de refrigeración, donde las unidades interiores reciben refrigerante líquido, aquí se les suministra refrigerante gas caliente. El flujo de gas a las unidades individuales se controla con las mismas válvulas de expansión electrónicas que se usan en el modo de enfriamiento, y el efecto de calentamiento se produce cuando el gas caliente se condensa. El principio básico sigue siendo el ciclo de refrigeración, con la diferencia de que el calor se absorbe del exterior y se rechaza del interior; En términos simples, se trata de cómo acondicionar el ambiente exterior con un refrigerador para eliminar el calor y utilizarlo en el interior. Este cambio de modo de funcionamiento es posible con válvulas especiales reversibles de 4 vías, que intercambian las funciones de evaporador y condensador entre las unidades interior y exterior.
En modo calefacción, la energía eléctrica consumida se transforma en calor útil, mientras que en modo refrigeración se rechaza al exterior. Por lo tanto, una unidad exterior VRF puede funcionar por encima del 100% de su capacidad nominal cuando está en modo calefacción. Sin embargo, también es importante tener en cuenta que la capacidad puede reducirse, especialmente cuando el sistema está sujeto a una gran variación en las condiciones exteriores. Otras causas de reducción de capacidad son longitudes de tubería más largas, mayores distancias entre la unidad exterior y la última unidad interior y una mayor separación vertical.
Sistemas VRF en modo de recuperación de calor.
Un sistema de recuperación de calor es ideal cuando se requiere calefacción y refrigeración simultáneas. La mayor eficiencia se logra cuando las cargas de calefacción y refrigeración son iguales, maximizando la cantidad de energía transferida de una zona a otra utilizando el refrigerante. El rechazo de calor de los espacios de refrigeración se puede utilizar para calentar espacios en áreas que lo necesiten al mismo tiempo. Gracias a esta configuración, cada ocupante puede elegir entre el modo refrigeración o calefacción.
Los sistemas de recuperación de calor son de gran utilidad cuando un edificio tiene orientación este-oeste o sur-norte con fachadas de cristal . Las orientaciones este-oeste y sur-norte causan una gran diferencia en los requisitos de carga para cada dirección durante la mañana y la noche, brindando una oportunidad para que el sistema VRF funcione en modo simultáneo de calefacción y refrigeración. La recuperación de calor es especialmente útil en edificios con salas eléctricas o centros de datos que requieren refrigeración permanente, ya que también se convierten en una fuente constante de calor.
Configuraciones de tuberías del sistema de recuperación de calor
Los sistemas de recuperación de calor vienen en configuraciones de 2 y 3 tubos, donde el sistema de 2 tubos es la opción que requiere el mayor flujo de refrigerante. Para operar a flujo reducido, el sistema de 3 tuberías tiene una línea de líquido, una línea de gas de alta presión y una línea de gas de baja presión. La función de control se logra con una Unidad de cambio de modo (MCU) o una Caja de selección de modo, que tiene tres colectores para gas a alta presión, gas a baja presión y líquido.
- Cuando hay zonas que requieren un calentador, sus unidades internas funcionan como condensadores, proporcionando calor a partir de la condensación del gas refrigerante a alta presión. Después del calentamiento, el refrigerante saturado se introduce en el colector de líquido.
- Luego, el refrigerante líquido se suministra a las unidades en modo de refrigeración espacial , donde se evapora y absorbe calor, convirtiéndose en un gas a baja presión.
- El gas a baja presión regresa a su respectivo colector y luego al compresor, repitiéndose el ciclo.
En este caso, la unidad exterior sólo debe proporcionar el equilibrio entre calefacción y refrigeración; el valor mayor determinará el modo de funcionamiento de la unidad exterior.
- Si la carga de refrigeración es mayor, la unidad exterior actúa como un condensador, rechazando el exceso de calor al aire exterior.
- Si la carga de calefacción es mayor, las unidades exteriores actúan como un evaporador, extrayendo del aire exterior el calor adicional necesario en el interior.
La mejor recomendación es ubicar la MCU en un área de acceso público, como un pasillo, minimizando así el ruido y las molestias al usuario final. El mantenimiento de los sistemas de recuperación de calor es relativamente sencillo, ya que la unidad de condensación externa está conectada únicamente a la MCU, lo que facilita la separación del sistema en partes ascendentes y descendentes.
Según ASHRAE 34-2013, el límite de concentración de refrigerante (RCL) es de 26 lb por 1000 ft3 de volumen de habitación para espacios ocupados y 13 lb por 1000 ft3 para edificios institucionales. Esto se puede lograr fácilmente ubicando las unidades fuera de habitaciones compactas. Según la Norma 15, un sistema VRF se clasifica como un sistema directo/sistema de alta probabilidad en el que una fuga de refrigerante podría potencialmente ingresar al espacio ocupado.
El uso de sistemas de recuperación de calor VRF resulta ser la mejor opción, económica y medioambientalmente. Esto evita que los propietarios de edificios tengan que instalar y mantener dos sistemas separados, al tiempo que logran una eficiencia muy alta. Con sistemas separados para calefacción y refrigeración de espacios es imposible aumentar la eficiencia mediante el intercambio de calor, incluso si ambos sistemas son muy eficientes por separado.
