El cambio climático, el encarecimiento de los combustibles y las nuevas regulaciones impuestas por diversos gobiernos del mundo impulsan la adopción de sistemas más eficientes, como el VRF, capaz de reducir drásticamente el consumo de energía, sin sacrificar confort, y de cubrir las necesidades de frío o calor de un espacio, incluso de forma simultánea
Por Mitsubishi Electric Trane HVAC US
Los sistemas zonificados de flujo de refrigerante variable (VRF, por sus siglas en inglés) resuelven muchos de los desafíos asociados con la construcción comercial y la gestión de edificios.
Los sistemas VRF ofrecen una serie de beneficios, lo cual ha abonado a su popularidad en el sector de edificios comerciales; por ejemplo, permiten mantener setpoints específicos, de acuerdo con el uso de los ocupantes y con los requisitos de zonas individuales para reducir la posibilidad de puntos fríos o calientes. Los sistemas VRF también son más compactos y requieren menos ductos que los equipos convencionales. Además, al ocupar menos espacio, requieren menos modificaciones en las construcciones, haciéndolos ideales para propietarios y desarrolladores que buscan mantener la integridad de edificios históricos o crear espacios de entretenimiento en las azoteas.
Sus bajos niveles de ruido implican que el equipo no molestará a los visitantes mientras disfrutan de las amenidades de la azotea o en exteriores. Los sistemas VRF también ofrecen beneficios relacionados con reducción o eliminación de costos, en comparación con sistemas convencionales.
Uno de los beneficios más significativos de los sistemas VRF zonificados, no obstante, es lo mucho que aportan a los edificios sustentables, al requerir únicamente electricidad para tener un desempeño energéticamente eficiente. Esto beneficia a las ciudades, los estados y los propietarios de edificios que buscan reducir sus emisiones de carbono y afrontar los crecientes precios de la energía.
Empieza con VRF
Los sistemas VRF brindan calefacción y enfriamiento personalizados a múltiples zonas de un edificio ciclando un refrigerante entre una unidad exterior (enfriada por aire o enfriada por agua) y diversas unidades interiores, a través de líneas de refrigerante.
Las unidades interiores están disponibles con ductos y sin ductos, a fin de cumplir con los requisitos o limitaciones de cada espacio. En climas templados, los contratistas HVAC en general instalan sistemas VRF con bomba de calor. En hoteles, edificios de oficina o cualquier recinto en donde ciertas zonas requieren calefacción y otras enfriamiento, los contratistas HVAC optarán por instalar un sistema VRF con recuperación de calor, que utiliza un controlador de circuito derivado para brindar calefacción y enfriamiento simultáneos.
Si bien los equipos VRF están dimensionados para cumplir con las temperaturas de diseño, cada unidad exterior cuenta con un compresor tipo Inverter que le permite al sistema variar su capacidad para cubrir la demanda correspondiente, usando sólo la cantidad de energía necesaria. La mayoría de la operación se lleva a cabo en condiciones de carga parcial, ahorrando dinero al reducir el consumo de energía en hasta 40 %, en comparación con sistemas convencionales de capacidad fija. La capacidad variable le permite a los sistemas VRF mantener setpoints precisos, sin los ruidosos ciclos de arranque y paro con alto consumo de energía de los sistemas convencionales.
Beneficios de los sistemas VRF
Cargas menores. La habilidad de los sistemas VRF con tecnología Inverter para equiparar su capacidad con la carga requerida les permite calentar y enfriar un edificio de baja demanda con menor riesgo de ciclos cortos que un sistema de capacidad fija. Los edificios de mayor desempeño cuentan con eficientes sistemas mecánicos, así como baja demanda de calefacción y enfriamiento, gracias un sistema de aislamiento y una envolvente térmica hermética.
Mantenimiento simplificado. Una vez por trimestre, limpiar serpentines, revisar conexiones eléctricas, revisar la carga de refrigerante, inspeccionar las líneas de refrigerante y lavar los filtros reutilizables, que duran hasta 10 años.
Menor complejidad. Los sistemas VRF reducen o eliminan la necesidad de cambio de banda, análisis de boiler, mantenimiento de chiller, torres de enfriamiento, remplazo de filtros, sellos de bombas, limpieza de filtros, tratamiento de agua y revisión cada 10 años.
Reducción de costos. Las primeras oportunidades para reducir costos con los sistemas VRF surgen durante el diseño mecánico. Los especificadores HVAC pueden ayudar a los diseñadores y a los propietarios a ver más allá de la oferta mecánica para demostrar cómo los sistemas VRF permiten evitar costos asociados con alternativas como las unidades tipo paquete o los sistemas de volumen de aire variable (VAV). Las complejidades de los sistemas HVAC dictan requisitos que impactan en el costo inicial y en el costo total. Por ejemplo, los sistemas VRF permiten a los desarrolladores eliminar las rejillas de los equipos tipo paquete y limitar las penetraciones en muro y las aberturas de los louvers. Los sistemas VRF son modulares, requieren en general menos tiempo de diseño y son más fáciles de instalar que los sistemas convencionales. Estos beneficios contribuyen a un proceso más eficiente y a brindar ahorros en mano de obra.
Maximización de espacios. Mientras los sistemas VAV requieren largos tramos de ductos para desplazar el aire acondicionado, los sistemas VRF utilizan tubería de menor tamaño para desplazar el refrigerante acondicionado. Esto permite plénums más pequeños, reduciendo el espacio entre pisos. Gracias a ello, las habitaciones lucen más espaciosas y los arquitectos pueden demostrar cómo reducir costos de construcción al diseñar, por ejemplo, edificios menos altos con la misma cantidad de espacio utilizable. En algunos casos, los plénums más pequeños permitirán que los desarrolladores aumenten el espacio utilizable con pisos adicionales. Los espacios con mayor altura también brindan la oportunidad de añadir ventanas para incrementar la luz natural.
Cuartos de máquinas más pequeños. Los sistemas VRF son compactos en comparación con las unidades HVAC convencionales y están distribuidas en distintos espacios, en lugar de centralizadas. Esto reduce las necesidades de espacio para cuartos de máquinas.
Menos recursos para soporte estructural. Debido a que las unidades VRF exteriores tienen un peso promedio de 30 kilos por tonelada de refrigeración, son 30 por ciento más ligeras que otras alternativas, como los chillers enfriados por agua. Esto reduce las necesidades de acero estructura y vigas de dintel.
Costos diferidos hasta la firma de los arrendamientos. La flexibilidad de diseño de los componentes modulares de los sistemas VRF implican que los contratistas pueden terminar un sistema piso por piso, de acuerdo con las necesidades de los ocupantes. Esto permite a los desarrolladores aplazar parte de los costos de instalación hasta que se renten los espacios.
Eficiencia y distribución de energía. Si el propietario de un edificio factura a los arrendatarios por consumo de energía o requiere facturarles por consumo excesivo, los controles de asignación de energía aplicados con los sistemas VRF ofrecen la capacidad de rastrear el consumo de energía de usuarios individuales. Esto resuelve el desafío de facturar el consumo de energía en edificaciones con múltiples arrendatarios. Para los edificios de oficinas donde el consumo de energía proyectado y las facturas de energía asociadas con cada arrendatario están incorporadas en la renta mensual, la eficiencia energética de los sistemas VRF crea oportunidades de ofrecer rentas más competitivas con impacto mínimo en las ganancias. La asignación de energía es ideal para edificios multifamiliares, de oficinas o de uso mixto.
Ventajas competitivas. No todos los desarrolladores y propietarios de edificios reconocerán de inmediato los beneficios de una menor facturación y de una reducción general en el uso de energía. Si los arrendatarios están a cargo de las facturas de electricidad, algunos propietarios se enfocarán en los costos de capital asociados con los sistemas VRF y decidirán que hay poco valor en pagar por un sistema más eficiente si hay disponibles sistemas mecánicos más económicos. Pero los propietarios de edificios verán más allá de la oferta mecánica una vez que comprendan los beneficios de los sistemas VRF frente a los sistemas convencionales. Si no están seguros de las ventajas comparativas relacionadas con el costo inicial, deberían considerar los beneficios indirectos de los edificios sustentables certificados. De acuerdo con estudios recientes, los beneficios potenciales de este tipo de edificios incluyen rentas más altas, tasas de ocupación mayores y mayor satisfacción y retención de arrendatarios.
Sustentabilidad para el futuro
Como se señaló más arriba, quizás el beneficio más reconocido de los sistemas VRF es su capacidad de contribuir a la certificación y comercialización de edificios de alto desempeño. Al elegir un sistema ciento por ciento eléctrico, de CO2 en la atmósfera era de 300 partes por millón (ppm). Para 2018, el promedio era de 407 ppm.
Los combustibles fósiles son hidrocarburos compuestos principalmente de carbono e hidrógeno. Durante la combustión, el carbono del combustible se combina con el oxígeno. Esto hace que el CO2 sea un subproducto inevitable cuando un sistema quema combustibles fósiles para liberar energía, ya sea que ésta se use para trabajo mecánico o calor. Desafortunadamente, la cantidad emitida por las tecnologías a base de combustibles fósiles lleva un ritmo que incrementará los volúmenes de CO2 atmosférico, cambiando el ambiente.
Si la demanda global de energía crece y se siguen utilizando los combustibles fósiles del mismo modo, la cantidad promedio de CO2 atmosférico podría superar las 900 ppm para 2100. Si la cantidad de CO2 atmosférico aumenta, también se eleva la temperatura global del planeta. Si continúa aumentando la temperatura global a la tasa actual de 0.2 ºC por década, el clima alcanzará un aumento de 1.5 ºC por encima de los niveles preindustriales entre 2030 y 2052. A esta temperatura, la mayoría de los científicos climáticos anticipan cambios ambientales que incluyen aumento en el nivel del mar, aumento en las inundaciones, las sequías, el calor extremo, los incendios y nuevos riesgos para la vida humana, la infraestructura y la biodiversidad.
Descarbonización con VRF
La reducción de las emisiones de CO2 asociada con los sistemas VRF eléctricos puede ayudar a los propietarios de edificios a mantener atractivas sus edificaciones para los arrendatarios y posibles compradores.
La tecnología VRF conjuga calefacción y enfriamiento en un solo sistema ciento por ciento eléctrico multizona, para oficinas, hoteles, escuelas, edificios multifamiliares, instalaciones agrícolas cerradas y prácticamente cualquier aplicación comercial. Cada zona está acondicionada por su propia unidad interior y puede tener su propio setpoint.
En lugar de quemar combustibles fósiles, los sistemas VRF con bomba de calor consisten en una unidad exterior y hasta 50 unidades interiores conectadas vía líneas de refrigerante y una red de comunicación. El sistema brinda calefacción a la zona introduciendo el calor ambiental que la unidad exterior extrae del aire o de una fuente de agua cercana. Durante el enfriamiento, los sistemas VRF con bomba de calor realizan el proceso inverso, pues las unidades interiores transfieren el calor de cada área hacia la unidad exterior que se encarga de rechazar el calor. Las unidades interiores están disponibles con ductos y sin ductos.
Las iniciativas públicas y privadas encaminadas hacia la descarbonización, en conjunto con los costos de la energía, están impulsando códigos y regulaciones más exigentes para los edificios. Los sistemas VRF cuentan con una posición única para ayudar a los propietarios de edificios a cumplir con sus metas de reducción de CO2, al tiempo que reducen su factura de electricidad. Los sistemas VRF están diseñados para brindar ciclos de vida más largos, ofreciendo un desempeño sustentable duradero.
Electrificación estratégica, una iniciativa por el ambiente
La electrificación estratégica busca descarbonizar la atmósfera de la Tierra, disminuir la contaminación y reducir los costos asociados con el confort y la tecnología modernos. También conocida como “electrificación benéfica”, este movimiento requiere una mayor eficiencia energética y usos finales impulsados por electricidad proveniente de redes más limpias y fuentes renovables. El movimiento transformará tanto el ambiente construido como la forma en que la sociedad se transporta.
A pesar de lo compleja que esta iniciativa puede parecer y del tamaño de los desafíos, la electrificación estratégica no puede descartarse como posibilidad para el futuro cercano. El movimiento está sucediendo ahora mismo, impulsado por una combinación de entidades públicas y privadas a escala local, estatal y nacional, procedentes de acciones voluntarias y obligatorias.
La descarbonización y la electrificación estratégica requerirán, en última instancia, que los edificios alimenten sus sistemas de calefacción y calentamiento de agua con energías renovables. Las fuentes de energía renovable como el viento y el Sol no están disponibles todo el tiempo, lo que significa que no pueden encenderse y apagarse para cumplir con las demandas de energía. No obstante, las edificaciones también requieren calefacción y enfriamiento durante la noche, durante los días nublados y cuando el viento no sopla.
Debido a las limitaciones actuales de las tecnologías de almacenamiento en sitio y a gran escala, las fuentes renovables no pueden desperdiciar electricidad. Al usar la cantidad precisa de electricidad necesaria para mantener el setpoint de cada zona, los sistemas VRF mitigan el desafío de la generación variable de energía con la tecnología Inverter de capacidad variable. Esto crea oportunidades para que edificios bien aislados y de alto desempeño alimenten sus sistemas VRF con energía renovable en sitio.
Resolviendo los desafíos de electrificación con tecnología VRF
La eficiencia energética y la inteligencia de los sistemas VRF zonificados pueden ayudar a las empresas de generación de energía a enfrentar los desafíos de las cargas pico, el almacenamiento a gran escala y las variaciones en la generación de energía de fuentes renovables. Esto será en extremo importante conforme la electrificación estratégica se expanda. Dependiendo de la adopción de la electrificación, la demanda anual de electricidad en Estados Unidos podría crecer en 3 mil 760 TW/h, u 85%, para 2050. Los beneficios operativos de los sistemas VRF brindan a las empresas de generación de energía y a los estados incentivos para apoyar una adopción generalizada de este tipo de sistemas, pero también brindan argumentos para ofrecer valor a los propietarios de edificios al contribuir con la reducción de sus facturas de electricidad, con un confort mejorado, control simplificado y una menor huella de carbono.
Si bien puede parecer compleja, la electrificación estratégica consiste de tres componentes primarios: aumento en la eficiencia energética, alimentación de sistemas de energía térmica por fuentes renovables y descarbonización de la red eléctrica. Los sistemas VRF con bomba de calor y con recuperación de calor ayudan a los propietarios de edificios, arquitectos e ingenieros a resolver los desafíos de cada uno de estos componentes, al tiempo que cumplen con las exigencias de los nuevos reglamentos, estándares y normas de construcción relacionadas con la descarbonización. La eficiencia energética es un prerrequisito para la descarbonización.
En regiones con redes eléctricas con un alto consumo de carbón, usar sistemas y dispositivos más eficientes ayuda a reducir el consumo de energía, como un buen primer paso hacia la reducción de la huella de carbono. Los sistemas VRF son hasta 40 por ciento más eficientes que los sistemas HVAC convencionales de capacidad fija. La mayor parte del ahorro se logra en condiciones de carga parcial, debido a que los sistemas VRF ajustan su capacidad y su consumo de energía continuamente para equiparar con precisión la demanda de cada zona. Asimismo, mientras que los sistemas HVAC accionados por gas no pueden superar un coeficiente de desempeño (COP) de 1, los sistemasVRF suelen lograr un COP de 3 y superiores, lo que significa que pueden entregar mucho más calordel que consumen en watts. Además, los sistemas VRF requieren menos ductos que los sistemas de aire forzado, reduciendo de igual manera la energía consumida por los ventiladores.
Las exigencias de la construcción moderna, los esfuerzos de descarbonización y los crecientes costos de la energía colocan a la tecnología VRF como el método de calefacción y enfriamiento principal para el futuro. Las ventajas en costos de instalación total, en conjunto con los beneficios en confort y desempeño, ayudarán a que los desarrolladores y dueños de edificios elijan los sistemas VRF como la tecnología HVAC de preferencia. Al tomar en consideración todos los elementos comparativos entre los sistemas VRF y los convencionales en términos de requisitos e impactos en un edificio, los especificadores HVAC pueden explicar de forma sencilla las oportunidades que ofrecen los sistemas VRF para crear ventajas competitivas y lograr metas de sustentabilidad.
