Impianti VRV-VRF

Uno degli impianti maggiormente apprezzati e diffusosi negli ultimi anni nel settore terziario, riguarda gli impianti VRV Variant Refrigerant Volume o VRF Variant Refrigerant Flow.
Sono impianti del tipo ad espansione diretta ed hanno numerosi vantaggi, tra cui:

• Elevate efficienze;
• Impianti modulari espandibili;
• Sezioni delle tubazioni ridotte;
• Velocità di installazione;
• Assenza di Centrali Termiche e conseguenza assenza di linee di adduzione gas metano;
• Non necessitano di verifiche o approvazioni da parte dei VVF;
• Nessuna canna fumaria o emissione di fumo;
• Facile conversione dell’impianto da funzionamento invernale a funzionamento estivo e viceversa;
• Possibilità di accesso agli sgravi fiscali nazionali;
• Sono classificati come impianti;
• Nessun rischio di perdita di acqua e pertanto nessun rischio di danneggiamento della struttura edilizia ospitante;
• Non c’è rischio di congelamento delle tubazioni anche in caso di inutilizzo prolungato dell’impianto nel periodo estivo.

Un impianto VRV/VRF è un impianto del tipo ad espansione diretta nel quale è presente una unità esterna dotata di compressore e di una batteria di scambio. Attraverso linee distributive realizzate con tubazioni in rame adatte a tali impianti, vengono alimentate le singole unità interne le quali comprendono, oltre al ventilatore, la batteria di scambio, la valvola termostatica elettronica e la valvola di deviazione a cassetto. Nella conformazione più semplice, gli impianti VRV-VRF sono dei semplici impianti frigoriferi con inversione di ciclo, nei quali tutte le unità interne lavorano in riscaldamento o in raffreddamento a seconda della stagione, garantendo la possibilità di agire sulla regolazione delle temperatura interna per ogni singolo locale e sulla velocità del ventilatore.

È evidente che tali sistemi sono semplici ed hanno costi più contenuti rispetto ai sistemi a recupero di calore che verranno descritti in seguito, e che permettono la massimizzazione della regolazione nei singoli ambienti, consentendo, entro certi limiti, di raffrescare e riscaldare contemporaneamente due locali diversi attraverso un ciclo frigorifero particolare.

Le unità interne che possono essere adottate sono di varie tipologie, lasciando massima flessibilità nelle scelte soprattutto dove è richiesta la massima integrazione architettonica o, in casi particolari, dove sono richieste unità particolari.

Le unità interne, in molti casi, possono essere equipaggiate con sensori presenza o un sensore che rileva le condizioni termiche al pavimento.

È possibile regolare il setpoint, o addirittura spegnere il terminale, se non viene rilevata la presenza di persone all’interno del locale, oppure la macchina regola ed orienta automaticamente il flusso d'aria lontano dagli occupanti per evitare la formazione di correnti fastidiose.

Nel secondo caso, invece, una sonda è in grado di rilevare la temperatura media del pavimento con l’obiettivo di distribuire in modo uniforme la temperatura tra soffitto e pavimento.

Gli impianti VRV-VRF garantiscono, infine, elevati livelli di risparmio energetico, grazie alla massiccia diffusione delle tecnologia inverter.

Uno dei talloni d’Achille degli impianti VRV-VRF risiede nel fatto che le pompe di calore riducono la capacità di riscaldamento quando la temperatura dell’aria esterna si abbassa, nel momento in cui, cioè, il fabbisogno termico dell’edificio aumenta, in particolare quando la temperatura esterna e condizioni esterne possono portare alla formazione di ghiaccio sulle batterie delle unità esterne.

La tecnologia inverter viene in aiuto nella gestione di tali situazioni in quanto riesce a compensare la minore resa termica alle basse temperature, aumentando la velocità di rotazione del compressore. In modo opposto, quando la temperatura dell’aria esterna aumenta, l’inverter modula la frequenza, adeguando la potenza erogata al fabbisogno termico richiesto e diminuendo drasticamente i consumi elettrici.

Sistemi a recupero di calore

Gli impianti ad espansione diretta VRV-VRF sono impianti di cui si apprezza la flessibilità e la facilità di utilizzo per gli utenti finali. A volte, però, capita che per la conformazione e le dimensioni dell’edificio sia necessario adottare soluzioni o accorgimenti particolari, soprattutto nelle mezze stagioni, che molto spesso vengono trascurate in fase progettuale, ma che possono comportare seri problemi nella gestione e nel mantenimento delle condizioni interne di comfort.

È il caso di edifici composti da locali che hanno differenti esposizioni. Nella mezza stagione può accadere che ci siano locali nei quali gli utenti hanno necessità di climatizzare, ed altri di riscaldare contemporaneamente, o per semplici necessità fisiologiche, o perché i locali esposti a Est rispetto a quelli esposti ad Ovest, possono dover essere climatizzati alla mattina e riscaldati nel tardo pomeriggio e viceversa.

A questo punto esistono due possibilità:

• Prevedere e suddividere uno stesso piano in due impianti distinti, di cui un impianto gestisca il semipiano Est e l’altro il semipiano Ovest. Anche in questo caso però rimangono delle limitazioni, a causa della percezione differenziata dei singoli occupanti;
• Prevedere un impianto del tipo a recupero di calore, con il quale è possibile, avendo la stessa unità esterna, riscaldare un ambiente, mentre se ne sta climatizzando un altro.

Il sistema di recupero del calore prevede che il vapore surriscaldato in uscita dal condensatore possa essere inviato in parte all'unità esterna, e in parte deviato verso una o più delle unità interne che sono in modalità riscaldamento.

In questo caso le batterie delle unità interne lavorano anch'esse da condensatore e il liquido ad alta pressione in uscita viene inviato, assieme a quello proveniente dalla batteria dell'unità esterna, alle batterie delle altre unità interne con funzione di evaporatore.

Nel caso in cui il carico tra gli ambienti e le relative unità che richiedono riscaldamento e gli ambienti e le relative unità interne che richiedono il condizionamento sia perfettamente bilanciato, l'intera quantità del refrigerante condensa nelle unità funzionanti in riscaldamento ed evapora nelle altre, by-passando la batteria dell'unità esterna.

Quando i carichi sono contrapposti, con predominanza in riscaldamento, vi è il recupero di energia frigorifera. Il vapore surriscaldato in uscita dal compressore viene inviato esclusivamente alle batterie delle unità interne, con funzione di condensatore. Il liquido passa le termostatiche, abbassandosi di pressione, e viene inviato parte alla batteria dell'unità esterna, che funge da evaporatore, e parte alle batterie delle unità in raffreddamento, per poi ricongiungersi.

Questo ciclo di riutilizzo e recupero dell’energia frigorifera viene gestito in due modi differenti a seconda del tipo di produttore dell’impianto VRV-VRF. Esistono, infatti, impianti a recupero di calore caratterizzati da una distribuzione del freon con tre tubazioni, e un altro tipo di impianti con distribuzione a due tubi, nei quali è presente un sistema di gestione e controllo all’interno del quale risiede un separatore liquido/gas che permette all’unità esterna di produrre una miscela (in due fasi) di gas caldo per il riscaldamento e di liquido per il raffreddamento, come avviene in un normale ciclo in pompa di calore; solo quando il fluido frigorifero raggiunge l’unità, la miscela viene separata e ad ogni unità interna viene inviata la fase corretta in base alle necessità individuali di riscaldamento o raffreddamento.

Impianti ibridi freon/acqua

Può capitare che per questioni logistiche e distributive dell’edificio, o altri motivi, esista la necessità di produrre e gestire anche l’acqua calda sanitaria, senza dover ricorrere a soluzioni puramente elettriche. È proprio da tale esigenza che i più recenti impianti VRV-VRF, possono essere equipaggiati con speciali sistemi di scambio del calore, con i quali, attraverso il freon, è possibile produrre acqua calda da utilizzare nel modo migliore, necessaria alle esigenze impiantistiche e di utilizzo dell’immobile.

Il kit idronico è un’unità grazie alla quale è possibile produrre acqua calda a una temperatura anche fino a 70°C, attraverso cicli bistadio, e può essere utilizzata sia per alimentare dei normali terminali idronici, che per produrre acqua calda sanitaria, che, più semplicemente, a seguito di interventi di ristrutturazione o di ampliamento dell’edificio, nel caso in cui si voglia mantenere l’impiantistica esistente, intervenendo solo sulla realizzazione del muovo impianto.

Esistono nel mercato dei kit idronici che sono dei semplici sistemi di scambio energetico tra freon e acqua, che permettono di ottenere un fluido a circa 45°C, e delle evoluzioni dei cicli di compressione a due stadi. Questo sistema è ben noto nel settore della refrigerazione perché permette di raggiungere temperature particolarmente basse (fino a -60°C), ma è ancora poco conosciuto nel settore della produzione del calore.