Como funciona o ciclo de degelo em sistemas VRF durante o inverno?

Os sistemas de fluxo variável de refrigerante (VRF) estão entre as soluções HVAC mais eficientes e flexíveis, utilizando bombas de calor para fornecer aquecimento e resfriamento. Os sistemas VRF também requerem menos espaço do que muitas outras instalações, utilizando linhas de refrigerante compactas em vez de extensas condutas ou tubagens hidrónicas. Eles também consolidam o aquecimento e o resfriamento em um único sistema.

Quando um edifício utiliza um sistema VRF durante o inverno, a acumulação de gelo na unidade exterior pode prejudicar o desempenho. A capacidade de aquecimento da unidade é gradualmente reduzida à medida que o gelo se acumula nas serpentinas externas e o congelamento excessivo pode danificar o sistema. Para resolver este problema, os fabricantes utilizam um ciclo de descongelação que inverte o funcionamento da bomba de calor:

• Uma bomba de calor no modo de degelo funciona de forma semelhante a um ar condicionado, retirando calor do ar interno e liberando-o para fora.
• A liberação de calor derrete o gelo acumulado na serpentina externa.
• Quando a unidade exterior é descongelada, a bomba de calor volta ao modo de aquecimento.

O ciclo de degelo funciona com controles automáticos e há muitas configurações possíveis. Por exemplo, alguns sistemas VRF entram no ciclo de degelo em intervalos regulares com base na temperatura externa. Outros controles de degelo medem o coeficiente de transferência de calor ou a pressão da serpentina externa para detectar perdas de desempenho causadas pelo gelo, ativando o ciclo de degelo quando necessário.

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Uma bomba de calor de fonte de ar (ASHP) que atenda aos requisitos abaixo é considerada uma ccASHP (Cold Climate ASHP), o que a torna adequada para temperaturas muito baixas:

• Um fator de desempenho sazonal de aquecimento (HSPF) de pelo menos 10.
• Um Coeficiente de Desempenho (COP) de 1,75 a 5°F.

Como o ciclo de degelo limita a capacidade de aquecimento

Embora o ciclo de descongelamento seja conveniente, ele tem uma limitação importante: os espaços internos ficam sem aquecimento enquanto o processo dura, e os ciclos de descongelamento são necessários com mais frequência à medida que a temperatura externa cai. Isto deixa as áreas interiores sem aquecimento por períodos mais longos, precisamente quando é mais necessário.

• Quando as temperaturas exteriores limitam o desempenho de uma bomba de calor VRF, uma solução comum é adicionar um sistema de aquecimento de reserva. Normalmente, o sistema de backup usa um aquecedor de resistência ou queimador de gás.
• No entanto, alguns fabricantes de bombas de calor desenvolveram formas de optimizar o ciclo de descongelação. Isto torna os sistemas VRF menos dependentes do aquecimento de reserva.

A perda de aquecimento causada pelo ciclo de descongelação pode ser mitigada tendo múltiplas unidades exteriores e programando-as para evitar descongelação simultânea. Por exemplo, se um sistema VRF tiver quatro unidades exteriores e o ciclo de descongelação estiver programado para duas de cada vez, o edifício sofre apenas uma perda parcial de potência de aquecimento.

Este artigo compara sistemas de bomba de calor VRF de vários fabricantes líderes, concentrando-se na classificação de temperatura mínima e na operação do ciclo de degelo. As marcas comparadas são Daikin, Mitsubishi e Panasonic.

• Todos os três fabricantes possuem linhas de produtos classificadas para temperaturas de -4°F ou menos.
• Embora o ciclo de descongelamento seja inevitável mesmo com marcas de topo, algumas tecnologias foram desenvolvidas para mitigar o seu impacto.

Sistemas VRF Daikin

A Daikin inventou a tecnologia de fluxo variável de refrigerante e outros fabricantes desenvolveram produtos concorrentes. A Daikin utiliza o termo Volume Variável de Refrigerante (VRV), que é marca registrada. Portanto, você descobrirá que seus produtos são comercializados como sistemas VRV, enquanto os de outros fabricantes usam o termo VRF.

Os sistemas Daikin VRV utilizam vários métodos para mitigar a perda de desempenho causada pelo ciclo de descongelação. Observe que a configuração específica de degelo muda de acordo com o produto.

• A Daikin desenvolveu um acumulador de calor para os seus sistemas VRV, que continua a fornecer calor enquanto o ciclo de descongelação está ativo.
• Algumas bombas de calor possuem um trocador de calor duplo externo e apenas uma bobina é descongelada por vez. A potência de aquecimento do VRV permanece acima de 30% com esta configuração.

A temperatura mínima de funcionamento dos sistemas VRV depende do modelo específico. A tabela seguinte lista as temperaturas mínimas para as principais linhas de produtos Daikin, juntamente com a duração máxima do ciclo de descongelação:

Os sistemas VRF de bomba de calor são aqueles que fornecem refrigeração ou aquecimento para todas as zonas, enquanto os sistemas VRF de recuperação de calor permitem aquecimento e arrefecimento simultâneos para diferentes áreas.

Sistemas Mitsubishi VRF

A linha de produtos VRF da Mitsubishi é chamada CITY MULTI e é classificada para temperaturas de até -13°F. A Mitsubishi desenvolveu a tecnologia Hyper Heat para minimizar a necessidade de descongelamento:

• Com o sistema Hyper Heat, uma das linhas de refrigerante quente circula pela unidade VRF externa. O calor libertado retarda a acumulação de gelo ou pode impedi-la completamente.
• O ciclo normal de degelo só é ativado em casos extremos em que o sistema Hyper Heat não consegue descongelar a unidade sozinho.

A linha de produtos CITY MULTI é classificada da seguinte forma:

Todas as cinco séries de produtos podem ser equipadas com acessórios de baixa temperatura, que reduzem sua faixa operacional até -18,7°F. Em particular, a Série R2 com Hyper Heat pode operar em temperaturas tão baixas quanto -25°F com os acessórios correspondentes.

Sistemas VRF Panasonic

A linha de produtos VRF da Panasonic é chamada ECOi e inclui três séries principais:

• Série MF2: recuperação de calor VRF de 3 vias
• Série ME2: bomba de calor VRF de 2 vias
• Série Mini ECOi LE: VRF de 2 vias para uso residencial e comercial leve

As temperaturas mínimas de operação e condições de degelo para sistemas Panasonic VRF estão resumidas na tabela a seguir:

Conclusão

Existe uma ampla gama de sistemas VRF no mercado e existem diferenças importantes na faixa de temperatura operacional. O processo de projeto e especificação é muito importante quando se lida com sistemas VRF, pois mesmo um produto de alta qualidade pode apresentar desempenho inferior quando não corresponde à aplicação. Além disso, a instalação deve ser realizada por um empreiteiro qualificado, uma vez que muitos problemas de desempenho do VRF podem ser atribuídos a procedimentos de instalação deficientes.

Com um projeto e processo de instalação adequados, os sistemas VRF estão entre as instalações HVAC de melhor desempenho. Eles podem obter economias significativas de ar condicionado durante o verão e fornecer aquecimento sem emissões locais durante o inverno.