Dos de los sistemas más usados para la climatización cuentan con características que los hacen viables para unas y otras circunstancias. Sin embargo, la elección de cada uno depende del tipo de proyección, si bien los sistemas de agua helada parece que van ganando terreno

Francisco Ayala y Jerónimo Armella

Los sistemas de agua fría (VRW) y VRF son buenas soluciones en proyectos donde se requiere una independencia entre los inquilinos en cuanto al sistema HVAC se refiere. También son sistemas ideales para el uso en inmuebles residenciales, comerciales, industriales, etcétera. El sistema de agua fría es un sistema basado en circuitos de agua como medio para el intercambio térmico, mientras que el VRF es un sistema que utiliza refrigerante.

Para realizar una instalación de un sistema HVAC al menor costo posible, que aplique para una certificación LEED, además de que sea flexible y fácil de instalar, se deben tomar en cuenta distintas variables.

Cantidad de refrigerante
La principal diferencia entre ambos sistemas es justamete la cantidad de refrigerante que utilizan. Un sistema de agua fría tiene la totalidad de su carga de refrigerante autocontenida en pocos metros de tubería, que en algunos sistemas puede llegar a medir menos de 1 metro.

En contraste, los sistemas VRF tienen muchos metros de tubería llena de refrigerante. Lo anterior hace que el precio por la carga de refrigerante en un sistema VRF sea mayor que el precio por la carga de refrigerante de un sistema de agua fría. Lo anterior debido a que está autocontenido en un circuito muy pequeño de refrigeración.

De acuerdo a una publicación de la RPA (Radiant Professional Alliance, por sus siglas en inglés), un sistema de agua fría usa aproximadamente 1 libra por tonelada; en cambio, un sistema VRF utiliza de 3 a 4 libras por tonelada de refrigerante

Combinar marcas
Otra diferencia importante es que los sistemas de agua fría pueden ser de distintas marcas; es decir, se puede mezclar un chiller de una marca con una unidad terminal o de manejo de aire de otra marca sin ningún problema.

Si hiciéramos una analogía con los programas de computación, estaríamos hablando de un lenguaje de comunicación abierto. Por el contrario, un sistema VRF de alguna marca en particular no puede ser mezclado con otras marcas. Retomando la analogía con el lenguaje de programación, éstos serían de protocolo cerrado.

El VRF es un sistema en el que los contratistas y usuarios finales están comprometidos de por vida con el proveedor de dicho sistema. Cuando necesitan adquirir una refacción o accesorio, forzosamente necesitan utilizar piezas de la misma marca. Esto elimina las opciones y puede resultar costoso o inconveniente para el usuario.

Crecimiento
El sistema de agua fría puede crecer o reconfigurarse fácilmente; lo que produce el VRW es agua que se puede llevar a cualquier lado mediante un sistema de bombeo. Además, si se llegan a requerir más unidades terminales, éstas pueden integrarse al sistema fácilmente con el tamaño que requieran.

Por el contrario, los sistemas de VRF tienen limitantes en su crecimiento, debido a que lo que corre por las tuberías es refrigerante, y éstas no pueden ser ampliadas fácilmente. Es necesario, en primer lugar, recuperar todo el refrigerante y, en segundo, realizar un cálculo de cargas por  parte del fabricante para saber si el sistema es capaz de recibir una unidad terminal adicional.

Por otro lado, si el cliente decide cambiar la configuración del espacio, el sistema de agua fría es fácilmente adaptable mientras que el VRF no. Las unidades terminales de agua fría pueden ser desinstaladas e instaladas sin mayor problema, se completa la tubería y se rellena de agua.

En cambio, para reconfigurar un espacio con un sistema VRF, se requiere retirar el refrigerante, soldar, cargar refrigerante y balancear el sistema. Este procedimiento toma más tiempo y se requiere contratar mano de obra altamente calificada.

Mano de obra
La mano de obra es un factor importante que debe considerarse. Prácticamente, cualquier sistema de VRF requiere una mano de obra calificada y entrenada para realizar la carga de refrigerante, el arranque de los equipos y la calibración de los mismos. Por el contrario, el VRW no requiere de mano de obra calificada; un plomero o electricista con conocimientos básicos de electricidad y plomería pueden llevar a cabo su instalación.

Expansión
La flexibilidad del sistema de agua fría  permite que se pueda expandir con facilidad. Si un proyecto necesita mayor cantidad de enfriamiento y el chiller ya está limitado, se puede integrar sencillamente un chiller adicional al mismo circuito de agua helada.

A pesar de que un sistema de VRF puede alcanzar un tamaño considerable, tiene un límite de expansión determinado que depende de la selección inicial.

Distribución de capacidad frigorífica
El tema del refrigerante nos lleva a tocar un factor muy importante, la distribución del mismo versus del agua por las respectivas tuberías. Mientras que un sistema VRW distribuye su capacidad frigorífica mediante un sistema de bombeo que no está limitado, ya que se puede crecer fácilmente, el sistema VRF tiene la limitante de su compresor que se utiliza como sistema de bombeo del refrigerante.

En un sistema VRF, el compresor es el encargado de mover el refrigerante por las tuberías y, en este sentido, es relativamente ineficiente. En contraste, un sistema de agua fría o VRW distribuye su agua mediante una bomba que puede ser tan pequeña o tan grande como se requiera. En todos los casos el porcentaje de potencia de la bomba en un sistema de agua fría es no más de 5 por ciento de la potencia del compresor del equipo.

Por el contrario, el porcentaje de consumo eléctrico del compresor para mover el refrigerante se puede ver incrementado hasta en un 30 por ciento en un sistema VRF; esto es debido a que el compresor del sistema VRF es utilizado como elemento de bombeo cuando en realidad el compresor fue diseñado para la compresión de refrigerante y no para bombearlo.

Esto tiene que ver con las velocidades de los líquidos que pasan por las respectivas tuberías. Mientras que el agua pasa en la inyección y retorno a la misma velocidad, que es de aproximadamente 6 ft/seg; el refrigerante tiene una velocidad en la línea de líquido de aproximadamente de 6 ft/seg,  pero en la succión es de casi 66 ft/seg.

A mayor velocidad, mayor fuerza para moverse Distancia + Velocidad + Presión = Potencia (HP’s)

Cantidad de refrigerante
Ahora bien, el hecho que un sistema de agua fría utilice una menor cantidad de refrigerante permite que, eventualmente, se pueda sustituir a otro refrigerante (retrofit). Sin embargo, debido a la cantidad de refrigerante que utiliza un sistema VRF, este reemplazo resulta poco probable.

En la misma línea, el hecho de que el sistema cuente con poco refrigerante, permite que se pueda aplicar para un proyecto LEED. Dado que el VRW utiliza un muy bajo porcentaje/tonelada de refrigerante, se otorgarán puntos adicionales en la sección de Energy & Atmosphere Credit 4. El sistema VRF no alcanzaría estos puntos ya que utiliza una mayor cantidad de refrigerante.

Tamaño
No dejemos de paso los tamaños físicos de ambos sistemas. Mientras que muchos pudieran pensar que un chiller es muy grande en tamaño y difícil de instalar por requerir una grúa grande para su izaje a un edificio, hoy en día existen sistemas de chillers modulares mini chillers con dimensiones tan accesibles que pueden ser llevados a la azotea por el elevador de carga o de pasajeros, convirtiéndolos además en un sistema de retrofit para equipos chillers viejos con eficiencias que fácilmente pueden ser superadas con la tecnología actual.

Certificaciones de diseño y construcción LEED
Al trabajar en un proyecto de diseño de edificaciones que pretenden obtener algún tipo de certificación LEED es de gran importancia que se consideren varios aspectos.

Toneladas reales vs nominales
Esta cuestión es algo de lo que no nos percatamos al momento de cotizar un proyecto (si es que fuimos nosotros lo que desarrollamos el proyecto), sin embargo, es muy importante. Un sistema de agua fría o VRW siempre nos va a entregar toneladas reales de refrigeración; esto quiere decir que si seleccionamos un chiller de 100 toneladas para un proyecto, éste nos va a dar esta capacidad sin importar que tanta tubería usamos para la distribución del agua por el proyecto completo; pudiera ser desde unos pocos metros hasta kilómetros de tuberías, ya que el encargado del bombeo es el sistema de bombeo seleccionado, que hoy en día puede ser muy eficiente (bombeo variable primario), consumiendo a lo mucho un 5 por ciento del consumo del compresor.

Por otro lado, el sistema de VRF por no contar con una bomba para el refrigerante y ser el compresor el utilizado como sistema de bombeo, hace que el sistema decrezca en su capacidad a algo que se llama re-rate, es decir de acuerdo con la longitud de tubería de refrigerante; el sistema decrece en capacidad real haciendo esta diferencia de nominal a real algo muy importante.

El sistema de 100 toneladas con mucha tubería en un proyecto bien pudiera darnos realmente 80 toneladas, por lo cual se tendría que seleccionar un sistema más grande de VRF 120 toneladas para tener las mismas 100 toneladas reales. Lo que esto ocasiona es un sistema más grande en toneladas nominales de VRF, por lo cual el sistema estará consumiendo una mayor cantidad de energía que un sistema de toneladas reales similares de agua fría. Esto por consecuencia hace necesaria una instalación eléctrica más grande.

Instalación eléctrica
La instalación eléctrica es algo que usualmente no cae dentro de la disciplina o contratos de HVAC, sino que más bien recae en el contrato eléctrico de los proyectos. Esto hace que el instalador de HVAC no se preocupe por los costos de la misma; sin embargo, el instalar un sistema de agua fría de un tonelaje real comparado con un sistema de VRF siempre será más chico, ya que sus toneladas son reales y es un equipo más pequeño tonelada por tonelada versus un sistema de VRF.

Usualmente, el software de selección de los VRF sin importar su marca hace la selección de los condensadores en automático y pocas veces hacen alusión o mención de la cantidad de toneladas nominales, sino que sólo te dicen las toneladas reales. Es aquí, donde este gran diferencial queda fuera y nos encargamos de pasar al eléctrico la carga necesaria para su instalación. Si comparáramos esto versus la carga que requiere un sistema de agua fría de capacidad similar pudiéramos ver este diferencial.

Software HVAC
El software de selección es lo que hace también una diferencia importante entre un sistema de agua fría y un VRF. Generalmente, las empresas que instalan sistemas VRF no siempre instalan sistemas de agua fría por pensar que son más complicados cuando en el fondo son sistemas más sencillos. Sin embargo, los fabricantes asiáticos de VRF han invertido una cantidad importante en softwares de selección que hacen la elección de condensadores, evaporadores y redes de distribución de refrigerante muy sencilla, comparado con un diseño de agua fría.

Esta es la principal razón por la cual los sistemas de VRF han tenido tanta aceptación en los últimos años. Las empresas que fabrican sistema de agua fría, dado el crecimiento desmedido que se tuvo de sistemas VRF en Europa, posteriormente en Estado Unidos y ahora en México, se han dado a la tarea de tener entre sus ofrecimientos de sistemas de enfriamiento la opción de un VRF, ya que es algo que el mercado demanda aún y cuando no son igualmente eficientes ni flexibles.

Ahora bien, por el contrario, las empresas asiáticas que usualmente ofrecían sólo VRF, están ahora buscando fabricar sistemas de agua fría a través de intercambiadores de agua/refrigerante, y a tener una oferta de chillers de menor tamaño llamados “mini chillers”. Esto les permitirá contar con manejadoras a base de agua fría para tener una mayor capacidad de enfriamiento en áreas que así lo requieran.

Eficiencia energética
Hablando de eficiencias, seguro es una pregunta que muchos proyectistas e interesados en la industria se hacen; es un tema complicado, sin embargo, se buscará explicarlo lo más sencillo posible.

Primero que nada, es importantísimo saber que los sistemas de agua fría se rigen por el estándar AHRI 550/590, mientras que los sistemas VRF se rigen por el estándar AHRI 1230. De igual forma sus capacidades a cargas parciales y totales son definidas por fórmulas de cálculo de certificación muy diferentes, lo que hace que la comparación de ambos sistemas no sea muy directa; es más, lo hace poco comparable. Es como tratar de comparar una manzana con una naranja a este grado.

Un sistema de agua fría se mide a carga parcial por el IPLV (Integrated Part Load Value),  mientras que el VRF lo hace por el IEERs (Integrated Energy Efficiency Ratio). En las normas de AHRI, los cálculos tanto del IPLV como del IEERs utilizan diferentes porcentajes de consumo a sus cargas parciales que suelen utilizarse al 100, 75, 50 y 25 por ciento, respectivamente; así como diferentes temperaturas de condensado.

IEER=0.02A+0.617B+0.238C+0.125D

Donde
A=EER @ 100% Load @ 95°F (Temp. de condensado)
B=EER @ 75% Load @ 81.5°F (Temp. de condensado)
C=EER @ 50% Load @ 68°F (Temp. de condensado)
D=EER @ 25% Load @ 65°F (Temp. de condensado)
IPLV=0.01A+0.42B+0.45C+0.12D

Donde
A=COP o EER @ 100% Load @ 95°F (Temp. de condensado)
B=COP o EER @ 75% Load @ 80°F (Temp. de condensado)
C=COP o EER @ 50% Load @ 65°F (Temp. de condensado)
D=COP o EER @ 25% Load @ 55°F (Temp. de condensado)

Por otro lado, los sistemas de VRF se certifican sin ningún Lift, esto quiere decir que se certifican a nivel del suelo, no incluyendo tuberías en sentido vertical y haciendo los datos de certificación no tan reales, ya que en el campo los sistemas VRF siempre tienen un componente vertical en sus tuberías. De ahí viene en parte del re-rate del que se habló con anterioridad.

Lo visto en eficiencias de los dos sistemas y métodos seguidos en las respectivas certificaciones, hace ver que como forma de entregar a un usuario final un cálculo de la eficiencia de cada sistema por separado está bien; sin embargo, cuando nos pide el cliente comparar sistemas de agua fría  contra VRF, no es sencilla la comparación.

Ahora bien, si se decide con base en la información proporcionada que el cálculo de eficiencia real contra el teórico del sistema VRF difiere de mayor proporción que el cálculo real contra el teórico de un sistema de agua fría; dicho de otra forma, el desempeño operacional de un sistema de agua fría es más cercano a su eficiencia de certificación que un sistema VRF. El sistema VRW tiene mejores EERs operacionales.

Sistemas de control
El control de un sistema VRF suele ser propietario del fabricante, lo que hace que el contratista o usuario final estén siempre ligados y dependientes del fabricante del sistema por el resto de la vida útil del equipo. Mientras que los sistemas de agua fría suelen tener protocolos de comunicación abiertos que los hacen accesibles por prácticamente cualquier técnico en control, y no tendrían que pagar por ninguna llave de acceso, mano de obra capacitada, etcétera.

En conclusión
Después de analizar las dos alternativas, VRW y VRF, podemos decir que el sistema de agua fría es un sistema que presenta mucho mayor cantidad de bondades o diferenciadores para realizar una instalación HVAC, como no requerir una mano de obra calificada (cualquier plomero puede realizar la instalación). También se dispone de menos cantidad de refrigerante dentro de las líneas tanto del inmueble como del equipo y, por último, y esta es quizás una de las características más fuertes, es que los equipos de agua fría o VRW no tienen un factor de re-rate, como sucede en el caso de los equipos VRF.

El sistema VRF puede también presentar algunas bondades, aunque su riesgo ambiental es de una gran dimensión ya que los refrigerantes que actualmente se han venido utilizando en estos sistemas son sumamente nocivos para el medioambiente, por lo que mientras menor cantidad del mismo tengan presente, mayor será el beneficio que brinden tanto a instaladores, como distribuidores y clientes o, incluso. Lo más importante, por su puesto, es el beneficio para las personas de este mundo, que sin lugar a dudas, si algo necesita es que lo  cuidemos y ayudemos a regenerarlo.