Muchos de los sistemas que existen en el sector HVACR tienen aplicaciones que reducen su rendimiento energético. Para conseguir una adecuada orientación, organismos como ASHRAE y AHRI se mantienen a la vanguardia a fin de ofrecer una guía en su uso y aplicación. Aquí lo que puede lograrse con la aplicación adecuada de un sistema VRF.
José G. Iragorry
Durante la década de 1970 en Europa y, posteriormente, en la década de 1980 en el continente asiático, la tecnología VRF, desde su origen como concepto tecnológico, ha sido aceptada como un sistema de gran eficiencia. Hoy en día, sus aplicaciones han sido probadas en distintos espacios ofreciendo muy buenos resultados.
Sin embargo, no fue hasta el año 2010 cuando el American Heating and Refrigeration Institute (AHRI) emitió una normativa para la evaluación de eficiencia de este tipo de sistemas, ya que en ese momento se estableció la Norma ANSI / AHRI 1230 “Performance Rating of Variable Refrigerant Flow (VRF) Multi-Split Air Conditioning and Heat Pump Equipment”.
Esta normativa implanta un criterio de medición de eficiencia similar al conocido método empleado en chillers de agua helada IPLV (Integrated Part Load Value).
(IEER) Parámetro de Eficiencia en Sistemas VRF
En el caso del sistema VRF, el término de eficiencia empleado es el IEER (Integrated Energy Eficiency Ratio), en el cual se utiliza una ecuación para estimar la eficiencia a carga parcial del sistema a partir de la eficiencia en cuatro puntos de operación, específicamente a 100 %, 75 %, 50 % y 25 %, asignándole un porcentaje a cada valor de eficiencia parcial:
IEER = (0.020*A) + (0.617*B) + (0.238*C) + (0.125*D)
A = EER a 100 % de capacidad neta a condiciones estándar de AHRI
B = EER a 75 % de capacidad neta y condiciones reducidas
C = EER a 50 % de capacidad neta y condiciones reducidas
D = EER a 25 % de capacidad neta y condiciones reducidas
Existe una gran diferencia entre el IEER aquí calculado y el ILPV y / o kW / Ton, parámetros reportados en el caso del chiller de agua helada.
Mientras que en el chiller los valores de eficiencia se limitan únicamente al equipo de compresión (excluyendo bombas, ventiladores, torres de enfriamiento, actuadores, etcétera), en el VRF todos los componentes, la unidad exterior, la unidad interior, los controles y la ventilación se consideran en el cálculo.
Los valores de IEER para los equipos evaluados por el AHRI para todos los fabricantes con equipos certificados se pueden obtener a través del directorio AHRI, el cual está disponible en la página de internet ahridirectory.org
Ciertamente, dicho parámetro es un buen indicio de cuán eficiente es un sistema a carga parcial, y se debe emplear exclusivamente para comparar dos sistemas de igual capacidad y tipo de arreglo de unidades interiores.
Evitar errores
Relacionados con este parámetro de eficiencia (IEER) hay tres errores que frecuentemente se pueden encontrar:
1. Comparar el valor reportado por un sistema con certificación AHRI con otro que no cuenta con ella.
Hoy en día existe un creciente número de fabricantes de sistemas VRF, de los cuales, sólo una pequeña fracción cumple con los requisitos del AHRI para certificar sus sistemas.
Por tratarse de un sistema de capacidad variable (tanto en la condensación, compresión, expansión y evaporación); además de la variedad y diversidad de modelos de equipos que lo conforman, es necesario que los sistemas a compararse hayan sido evaluados a igual nivel de condiciones. Por otro lado, sólo los equipos certificados AHRI son evaluados en laboratorios independientes, lo que le otorga mayor credibilidad a los valores reportados
2. Emplear este parámetro para estimar el consumo energético del sistema.
El propósito del IEER es arrojar un valor de eficiencia a carga parcial en el sistema; sin embargo, ésta sólo considera los valores de consumo en cuatro puntos de operación del sistema (100 %, 75 %, 50 % y 25 %) empleando factores de uso estimados e independientes de cada caso particular.
Siendo el sistema VRF de capacidad variable, con un rango de operación que va desde un 5 % al 100 % de su valor nominal, el valor real de consumo varía a cada hora de operación del sistema y en función de la carga efectiva en ese instante
Para hacer el cálculo (estimación) del consumo energético del sistema se emplea un modelo que permita evaluar la carga térmica en cada espacio; con ello, el consumo efectivo de cada unidad interior y del sistema en conjunto en función de su curva de operación
Esquema de funcionamiento de un sistema con VRF
3. Tratar el sistema VRF como sistema convencional en la estimación de consumo energético.
El mayor ahorro del sistema VRF proviene de su alta eficiencia a cargas parciales, del uso de la diversidad de horarios, de la ocupación, de las cargas solares y de las condiciones de los diferentes espacios acondicionados (de control independiente) que conforman el sistema.
Cada espacio, aun conformando un sistema y empleando la misma unidad exterior central (compresor), tiene independencia de capacidad en función de la carga particular a cada momento; de allí la eficiencia energética de estos sistemas.
Entonces, para el cálculo de consumo energético se debe emplear no solo un software cualquiera, sino uno cuyo algoritmo de ecuaciones contemple este tipo de operación.
Predicción de consumo empleando 8 mil 760 puntos simulación computacional
La forma más precisa de estimar el consumo de cualquier edificación es por medio de una simulación computacional.
Existe un gran número de programas comerciales y herramientas de cálculo (algunos incluso de uso gratuito) que pueden obtenerse con el objetivo de realizar la simulación computacional del consumo energético de todos los equipos y elementos que forman parte de la operación de una edificación (visitar la página DOE).
El método es similar al de cálculo de carga térmica, donde se realiza un cálculo hora a hora (8 mil 760 horas al año) de los factores de carga, como transferencia de calor, equipos, ocupantes, iluminación y ventilación. Y en función de la carga particular de cada espacio y contando con la curva de operación del equipo HVAC de la zona se estima el consumo general y por componente de cada zona.
Sin embargo, no todos los programas de consumo energético, a pesar de emplear el mismo procedimiento, cuentan con la posibilidad de discretica la operación por carga parcial de cada espacio interior de manera individual.
Estudio comparativo empleando programa de simulación
Haciendo uso de uno de los programas de cálculo de consumo energético se realizó un modelo computacional de un edificio de hotel de cuatro pisos, 123 habitaciones; con lobby, salas de conferencia, gimnasio y área de servicio, para un total de 100.000 ft2.
En las especificaciones de la edificación, como propiedades constructivas (paredes, techos y ventanas), selección de luminaria, ocupación, carga por equipos y horarios de operación se emplearon valores típicos requeridos por normas prescriptivas de diseño.
En cuanto a la simulación de operación, se realizó empleando la data climatológica de las ciudades más importantes de Estados Unidos (Atlanta, Miami, Boston, New York, Chicago, Dallas, Los Ángeles y Seattle) y para cuatro tipos de sistemas HVAC: City Multi VRF de Mitsubishi Electric, bombas de calor, sistemas de manejadoras con chiller y calentador e, igualmente, un sistema de bomba de calor enfriado por agua.
Los resultados obtenidos se resumen en la gráfica de ahorros en el costo total de energía.
Simulación de operación. Contempló normas prescriptivas
Conclusiones
Los resultados se relacionan con la correcta estimación de consumo energético de un sistema VRF
- Se debe prescindir de emplear los valores de eficiencia (incluso los valores reportados por AHRI) para estimar el consumo energético anual del sistema
- Para la estimación del consumo energético es necesario hacer uso de un programa de simulación computacional, empleando la mayor información como sea posible y un programa que contenga el algoritmo de operación del sistema VRF
- En estudios realizados para diferentes aplicaciones y condiciones ambientales se puede esperar una reducción de 15 % a 45 % respecto de sistemas convencionales. Puesto que la operación y, por ende, el consumo obedece a características y condiciones particulares de cada caso, los valores de consumo deben ser estimados para cada proyecto individualmente
- El cálculo debe realizarlo personal capacitado en el uso del programa de simulación computacional
Dada la importancia de la industria HVACR, es importante mantenerla en constante actualización, por lo que este tipo de ejercicios se convierten en un parámetro ante la innovación.
————————————————————————————————————————-
José Iragorry
Es gerente del área Comercial Internacional de Mitsubishi Electric Cooling and Heating en Estados Unidos. Cuenta con una maestría en Ingeniería Mecánica por la Colorado State University y con un doctorado en Ingeniería Mecánica, especializada en Energía y Sistemas Térmicos por la Florida International University. Además, ha trabajado en importantes firmas del sector HVACR en todo el continente americano.
