Sistemas De Caudal Variable De Refrigerante – VRF

Los sistemas de caudal variable de refrigerante son conocidos en el mercado con las iniciales en inglés VRF (Variable Fefrigerant Flow), VRV (Variable Refrigerant Volume) o en español CVR.

El parámetro o variable que se modifica en estos sistemas de climatización es el caudal o flujo (flow en inglés), que se regula gracias a la tecnología inverter de los compresores y a las válvulas de expansión electrónicas (PMV – Pulse Motor Valve) o válvulas de modulación de impulsos, incorporadas en unidades interiores y exteriores, con el fin de ajustar la capacidad a la demanda.

La idea no es otra que entregar a cada unidad interior el refrigerante (la potencia frigorífica) que demanda a la zona que climatiza. De esta manera se consigue algo que también caracteriza a estos sistemas y es que el consumo de los mismos no es el total del sistema, sino que es en función de la potencia que se entrega.

Debido a que se pueden conectar numerosas unidades interiores en el mismo sistema o en el mismo circuito de tuberías de cobre por donde circula el refrigerante, permiten disponer de una importante independencia climática. Por lo que una de las características principales de estos sistemas es la amplia zonificación que permiten en el diseño del sistema de climatización.

Los sistemas de caudal variable de refrigerante son ideales para aplicaciones de carga variable, ya que su diseño se basa en la tecnología inverter. El régimen del compresor inverter se adapta a la variabilidad de la carga térmica del edificio.

Estos sistemas presentan múltiples aplicaciones, tales como oficinas, hoteles, comercios, residencias, viviendas unifamiliares, bloques de apartamentos, etc., y son muy empleados en reformas de edificios. Son principalmente aplicaciones comerciales y residenciales.

Sistema vrv como funciona

El sistema VRF (Variable Refrigerant Flow) o VRV (Variable Refrigerant Volume) es un sistema de climatización que utiliza refrigerante como medio de transferencia de calor. Este sistema funciona mediante la conexión de múltiples unidades interiores a una unidad exterior mediante tuberías de refrigerante. Cada unidad interior puede controlar de manera independiente la temperatura de la habitación en la que está instalada, lo que permite un mayor control y flexibilidad en el uso del sistema.

La unidad exterior del sistema VRF contiene un compresor que regula la cantidad de refrigerante que fluye hacia las unidades interiores. Este caudal variable de refrigerante permite que el sistema se adapte a las necesidades de climatización de cada espacio de manera eficiente. Cuando se requiere refrigeración, el compresor aumenta el caudal de refrigerante, mientras que en modo de calefacción, el caudal se reduce.

Además de la regulación del caudal de refrigerante, el sistema VRF también utiliza tecnología inverter, que permite ajustar la velocidad del compresor para mantener una temperatura constante en el interior de cada habitación. Esto proporciona un mayor confort y ahorro energético en comparación con otros sistemas de climatización.

Otra característica importante del sistema VRF es su capacidad para recuperar y redistribuir el calor residual generado en las unidades interiores. Este calor puede ser utilizado para calentar otras áreas del edificio, lo que aumenta aún más la eficiencia energética del sistema.

En resumen, el sistema VRF es una solución de climatización eficiente y flexible que utiliza un caudal variable de refrigerante y tecnología inverter para adaptarse a las necesidades de cada espacio. Esta tecnología permite un mayor control de la temperatura, un ahorro energético significativo y la posibilidad de aprovechar el calor residual.

Tipos de sistemas VRF

Existen en el mercado 3 tipos de sistemas dentro del caudal variable de refrigerante:

• Sólo Frío. La potencia que entrega es exclusivamente de refrigeración.
• Bomba de calor. Todas las unidades interiores funcionan en modo frío o en modo calor.
• Recuperación de calor. Proporciona refrigeración y calefacción simultáneamente, adecuándose a las necesidades de cada zona. Unas unidades interiores pueden estar aportando frío y otras calor al mismo tiempo, principalmente en épocas intermedias. Estos sistemas reducen los costes de operación, al transferir energía a través del edificio.

Los sistemas de caudal variable de refrigerante o VRF también se pueden diferenciar de la siguiente manera

Atendiendo al sistema de distribución del fluido frigorígeno:

• Sistemas des tubos: tubería de líquido y tubería de gas (aspiración en frío y descarga en calor)
• Sistemas a tres tubos: tubería de líquido, tubería de aspiración de gas y tubería de descarga de gas.

Aunque no existen datos muy exactos del mercado sobre el porcentaje de instalación de los distintos tipos de sistemas de caudal variable de refrigerante o por lo menos las distintas funetes en ocasiones no coinciden, se puede asegurar que en la actualidad el sistema que más se monta es el de bomba de calor, aproximadamente entre un 70€ y un 80€ del total de los sistemas.

Posteriormente el segundo sistema que más se monta es el de recuperación de calor, quizás por su mayor coste inicial y por la posibilidad de encontrar una solución técnica viable con un sistema de bomba de calor. Finalmente el sistema que menos se monta es el de solo frío, en un porcentaje del 5€ aproximadamente.

Los sistemas de caudal variable de refrigerante se podrían definir de las siguientes manera

• Sistemas de expansión directa. Este tipo de sistemas de climatización se caracterizan porque los intercambios energéticos llevados a cabo se realizan entre el medio exterior y el fluido caloportador, en este caso refrigerante, y entre éste y los locales a climatizar, sin recurrir a otros fluidos para el transporte. Los sistemas de expansión directa (DX – Direct Expansion) tienen una o varias unidades de condensadoras con baterías de tubo aleteado. El aire es obligado a pasar estos bancos de baterías para extraer el calor desde el refrigerante que circula por el interior de los tubos aleteados del circuito de la batería.
• Sistemas todo refrigerante (en función del transporte o del lazo secundario, según clasificaciones de ASHRAE).
• Para los sistemas de bomba de calor y recuperación de calor, se puede decir que son sistemas aire-aire, ya que el fluido que utilizan para la condensación es el aire exterior. También existen sistemas de caudal variable de refrigerante condensados por agua (sistemas agua-aire), si bien es cierto que el porcentaje de instalación es mínimo comparado con los sistemas de bomba de calor aire-aire.
• Sistemas multi-split inverter: varias evaporadoras o unidades interiores conectadas frigoríficamente a una única condensadora o unidad exterior (ver siguiente imagen).

La normativa actual establece, mas concretamente el RITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios), que es necesario considerar la introducción de aire del exterior para ventilar las distintas zonas del edificio a climatizar, dependiendo del uso del edificio, su área y el número de personas. Para ello los fabricantes de sistemas VRF completan el sistema de climatización con intercambiadores de calor aire-aire, normalmente con recuperación de calor. De esta manera se cumplen 2 objetivos primordiales, ventilar las zonas internas y además recuperar una parte importante de la energía que se expulsa a través de la corriente de aire de extracción.

Las unidades de ventilación aire-aire se pueden integrar en el sistema de aire acondicionado, incluso desde el punto de vista del control. Cuando estas unidades se integran en un sistema de calefacción y refrigeración, disminuye el tamaño total del sistema de climatización necesario y regenera parte de la energía utilizada para climatizar la estancia.

Para la ventilación se pueden utilizar unidades interiores en su porcentaje de aire permitido.

En cuanto a las unidades de uso más corrientes que se utilizan para objetivar las magnitudes de los sistemas VRF son, entre otras: KW, watios, frig/h, de uso común en climatización y también muy utilizados son los caballos equivalentes a potencia CV o en su versión inglesa HP. Esta última unidad de uso se utiliza mayoritariamente por los fabricantes para caracterizar a sus sistemas o unidades exteriores.

El sistema inverter VRF – Características

Los sistemas de caudal variable de refrigerante o VRF son sistemas que permiten conectar varias unidades interiores a una sola unidad exterior o conjunto de unidades exteriores por medio de un circuito frigorífico principal de 2 tubos de cobre debidamente aislados, según la normativa correspondiente. En el caso de sistemas de recuperación de calor, se utilizan normalmente 3 tubos desde la unidad exterior hasta las cajas repartidoras o selectoras de flujoy, posteriormente, 3 tubos desde éstas hasta las unidades interiores.

Se puede decir que los sistemas VRF derivan de los llamados sistemas Multi-Split, utilizando la tecnología inverter y válvulas de expansión electrónicas para conseguir un control continuo del caudal de refrigerante en función de la demanda o necesidades de la instalación.El sistema VRF controla individualmente cadaunidad reduciendo al mínimo los costes de funcionamiento gracias al compresor inverter y al sistema electrónico de control.

Frente a los sistemas convencionales que operan en corriente alterna y regulan la temperatura encendiendo o apagando el compresor, los sistemas de tecnología inverter, como los sistemas de caudal variable de refrigerante, son capaces de variar la corriente en el compresor de alterna a continua para ajustar a las potencias frigoríficas a las demandas energéticas. Con la tecnología inverter se consiguen grandes ahorros energéticos, gracias a la gestión del régimen del compresor, reducidos niveles sonoros, alta fiabilidad (se reducen los ciclos marcha/paro), se alcanza antes la temperatura deseada y se reducen las fluctuaciones de temperatura (mayor confort).

Elementos fundamentales del sistema inverter VRF

• Convertidor: componente del inverter cuya función específica es transformar la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC).
• Inverter: el elemento fundamental del sistema es un dispositivo electrónico de control situado en la unidad exterior, y llamado inverter, que permite modificar la frecuencia de la corriente y, de este modo, la velocidad del compresor.
• Compresor: compresor especial de velocidad variable. Modula la capacidad para ajustarse a la demanda.

En el mercado actual se pueden encontrar sistemas que combinan compresores inverter con compresores tradicionales de velocidad fija y sistemas que sólo utilizan compresores inverter. Así mismo los compresores utilizados normalmente por los fabricantes son compresores scroll y compresores rotativos (En este artículo puedes ver los diferentes compresores)

Características y ventajas del sistema de caudal variable de refrigerante

• Máxima zonificación. Cada usuario o espacio dispone de su control.
• Fácil diseño.
• Facilidad de montaje.
• Mantenimiento mínimo.
• Alta fiabilidad.
• Bajos niveles sonoros.
• Eficiencia energética y ahorro de energía. Elevados rendimientos y tecnología inverter (compresor + válvulas electrónicas = ajuste de la capacidad a la demanda).
• Reducido espacio de instalación de las unidades exteriores (unidades exteriores compactas).
• Elevada flexibilidad, en cuanto a: trazados de los circuitos, longitudes del sistema, número de unidades interiores por sistema.
• Fácil adaptación a cambios.
• Menores espacios de paso de tuberías.
• Reducidos costes de explotación.
• Múltiples tipos de unidades interiores.
• Funcionamiento en modo calor a bajas temperaturas (te =-20 ºC).
• Versátiles sistemas de control (locales, centrales o en red).
• Posibilidad de contabilizar el consumo energético de cada usuario.
• Factor de sobrecarga (simultaneidad: posibilidad de instalar unidades exteriores de menor potencia que la suma de potencia de unidades interiores, los sistemas actuales permiten normalmente entre un 130 y un 135€ de la capacidad de las unidades exteriores en sistemas bomba de calor.)

Entre las principales desventajas que se le achacan a los sistemas VRF destaca su elevado coste inicial.

A día de hoy, los sistemas de caudal variable de refrigerante son sistemas algo más caros que los tradicionales, pero también es cierto que el coste de inversión de equipos de climatización no es el único factor a tener en cuenta, ya que hay otros factores muy importantes, como los costes de operación (costes de energía, costes de mantenimiento).

En este sentido, cabe destacar que estos sistemas conducen a un importante ahorro energético y de mantenimiento.

Desventajas de los sistemas de caudal variable de refrigerante

•  Distribución de refrigerante por medio de una red de tuberías de cobre susceptible a fugas.
• en sí mismo no permiten el control de la humedad ni la opción de free-cooling.

En los sistemas de Flujo Variable de Refrigerante, sistemas de expansión directa, además de las condensadoras y evaporadoras se necesitan otros componentes que se resumen en la siguiente tabla.

Debido a la gran variedad de tipos de unidades interiores, son múltiples las opciones a la hora de seleccionar la evaporadora que encaje con el espacio a acondicionar o con los gustos y necesidades del usuario.

La gama de potencias de las unidades interiores permite cubrir todas las necesidades. Normalmente las gamas de unidades interiores de los sistemas VRF cubren desde los 2,2 KW hasta los 28 KW.

Algunas unidades interiores incorporan bombas de condensados. Además los fabricantes disponen de filtros de elevada eficiencia para mejorar la filtración conseguida por los filtros estándar.

En cuanto a las unidades exteriores, se pueden encontrar sistemas modulares o sistemas en los que la condensadora es un bloque único. En los sistemas modulares, mediante la combinación de distintos módulos o unidades exteriores se consigue la potencia necesaria para la instalación objeto de estudio. Los distintos módulos se conectan entre sí mediante el circuito frigorífico y la tubería de equilibrado de aceite.

Un dato muy importante que caracteriza a las unidades exteriores de los sistemas VRF es el número de unidades interiores conectables y que en aplicaciones en las que hay una importante zonificación con cargas muy pequeñas en cada zona o espacio (hoteles, hospitales, etc.) esta limitación es crítica.

Aunque las condensadoras son unidades de intemperie, se pueden instalar en zonas internas de los edificios gracias a la presión estática disponible de los ventiladores que ofrecen los fabricantes en sus unidades. Además, como característica importante de estos sistemas, las unidades exteriores se pueden instalar casi pegadas, dejando una mínima distancia de 2 cm, dependiendo del fabricante.