O Fluxo Variável de Refrigerante (VRF) é uma tecnologia de ar condicionado que atinge uma eficiência extremamente elevada ao variar o fluxo de refrigerante para as unidades interiores, com base na procura exacta de cada área individual. Esta capacidade de controlar o fluxo de refrigerante torna Sistemas VRF ideal para aplicações com cargas variadas. Além disso, os sistemas VRF também podem fornecer aquecimento ambiente, consolidando dois sistemas construtivos em um e economizando espaço.
A tecnologia VRF está disponível em duas versões – sistemas de bomba de calor e sistemas de recuperação de calor. Os sistemas VRF com bomba de calor podem arrefecer ou aquecer todo o edifício, mas não podem desempenhar ambas as funções ao mesmo tempo. Os sistemas de recuperação de calor não têm esta limitação e podem servir cargas simultâneas de aquecimento e arrefecimento, conduzindo assim a 3 modos diferentes de funcionamento:
- Modo de resfriamento
- Modo de aquecimento
- Resfriamento e aquecimento simultâneos ou modo de recuperação de calor
Sistemas VRF em modo de resfriamento
No modo de refrigeração, o funcionamento do VRF não é muito diferente do de um sistema de ar condicionado: as unidades interiores são alimentadas com refrigerante líquido e uma válvula de expansão no interior de cada unidade controla a quantidade de refrigerante que flui. Quando o refrigerante entra na serpentina de resfriamento, ele evapora, removendo o calor do ar interno e, assim, resfriando o ambiente. O calor extraído dos espaços interiores é então rejeitado para o exterior.
Os sistemas VRF são muito mais eficiente do que unidades de telhado convencionais (RTU), condicionadores de ar terminais (PTAC) e unidades de janela. Os sistemas mini-split sem dutos e os chillers resfriados a água oferecem uma eficiência semelhante no modo de resfriamento, mas são incapazes de operar no modo de aquecimento.
Sistemas VRF em modo de aquecimento
Ao contrário do modo de refrigeração, onde as unidades interiores recebem refrigerante líquido, aqui são fornecidas com refrigerante de gás quente. O fluxo de gás para unidades individuais é controlado com as mesmas válvulas de expansão eletrônica usadas no modo de resfriamento, e o efeito de aquecimento ocorre quando o gás quente sofre condensação. O princípio básico ainda é o ciclo de refrigeração, com a diferença de que o calor é absorvido do exterior e rejeitado no interior; em termos simples, é como climatizar o ambiente externo mais fresco para remover o calor dele e usá-lo em ambientes fechados. Esta mudança de modo de operação é possível com válvulas reversíveis especiais de 4 vias, que trocam as funções de evaporador e condensador entre unidades internas e externas.
No modo de aquecimento, a energia eléctrica consumida transforma-se em calor útil, enquanto no modo de arrefecimento é rejeitada para o exterior. Assim, uma unidade exterior VRF pode funcionar acima de 100% da sua capacidade nominal quando em modo de aquecimento. Contudo, também é importante notar que a capacidade pode ser reduzida, especialmente quando o sistema está sujeito a uma grande variação nas condições exteriores. Comprimentos de tubulação mais longos, distâncias maiores entre a unidade externa e a última unidade interna e maior separação vertical são algumas outras causas de redução de capacidade.
Sistemas VRF em modo de recuperação de calor
Um sistema de recuperação de calor é ideal quando são necessários aquecimento e resfriamento simultâneos. A maior eficiência é alcançada quando as cargas de aquecimento e resfriamento são iguais, maximizando a quantidade de energia transferida de uma zona para outra utilizando o refrigerante. A rejeição de calor de espaços de resfriamento pode ser utilizada para aquecimento de ambientes em áreas que precisam dele ao mesmo tempo. Graças a esta configuração, cada ocupante pode escolher entre o modo de refrigeração ou de aquecimento.
Os sistemas de recuperação de calor são muito úteis quando um edifício tem uma orientação este-oeste ou sul-norte com fachadas de vidro. As orientações leste-oeste e sul-norte causam uma grande diferença nos requisitos de carga para cada direção durante a manhã e a noite, proporcionando uma oportunidade para o sistema VRF operar em modo simultâneo de aquecimento e resfriamento. A recuperação de calor é particularmente útil em edifícios com salas elétricas ou centros de dados que necessitam de arrefecimento permanente, uma vez que também se tornam uma fonte constante de calor.
Configurações de tubulação do sistema de recuperação de calor
Os sistemas de recuperação de calor vêm em configurações de 2 e 3 tubos, onde o sistema de 2 tubos é a opção que requer o maior fluxo de refrigerante. Para operar com vazão reduzida, o sistema de 3 tubos possui uma linha de líquido, uma linha de gás de alta pressão e uma linha de gás de baixa pressão. A função de controle é obtida com uma Unidade de Mudança de Modo (MCU) ou Caixa de Seleção de Modo, que possui três coletores para gás de alta pressão, gás de baixa pressão e líquido.
- Quando há zonas que necessitam aquecedor de ambiente, suas unidades internas funcionam como condensadores, fornecendo calor a partir da condensação do gás refrigerante de alta pressão. Após o aquecimento, o refrigerante saturado é alimentado no coletor de líquido.
- O refrigerante líquido é então fornecido às unidades em resfriamento de espaço modo, onde evapora e absorve calor, tornando-se um gás de baixa pressão.
- O gás de baixa pressão retorna ao seu respectivo coletor e depois ao compressor, repetindo o ciclo.
Neste caso, a unidade exterior deve apenas proporcionar o equilíbrio entre aquecimento e arrefecimento – aquela que for mais elevada determinará o modo de funcionamento da unidade exterior.
- Se a carga de refrigeração for superior, a unidade exterior funciona como condensador, rejeitando o excesso de calor ao ar livre.
- Se a carga de aquecimento for superior, as unidades exteriores funcionam como evaporador, extraindo do ar externo o calor extra necessário no interior.
A melhor recomendação é localizar o MCU em uma área de acesso público como um corredor, assim minimizando ruídos e perturbações para o usuário final. A manutenção dos sistemas de recuperação de calor é relativamente fácil, uma vez que a unidade condensadora externa está conectada apenas ao MCU, facilitando a separação do sistema em porções a montante e a jusante.
De acordo com a norma ASHRAE 34-2013, o limite de concentração de refrigerante (RCL) é de 26 lb por 1.000 pés3 de volume da sala para espaços ocupados e 13 lb por 1.000 pés3 para edifícios institucionais. Isto pode ser facilmente conseguido localizando as unidades fora de salas compactas. De acordo com a Norma 15, um sistema VRF é classificado como um sistema direto/sistema de alta probabilidade onde um vazamento de refrigerante pode potencialmente entrar no espaço ocupado.
A utilização de sistemas de recuperação de calor em VRF revela-se a melhor opção, económica e ambientalmente. Isto evita que os proprietários dos edifícios tenham que instalar e fazer a manutenção de dois sistemas separados, ao mesmo tempo que alcançam uma eficiência muito elevada. Com sistemas separados para aquecimento e arrefecimento ambiente é impossível aumentar a eficiência através da troca de calor, mesmo que ambos os sistemas sejam muito eficientes separadamente.
