Sistemi VRF a recupero di calore: architetture a due e tre tubi a confronto

Nei sistemi VRF a pompa di calore semplici, tutte le unità interne possono operare simultaneamente in riscaldamento o in raffrescamento, ma non possono fornire entrambe le funzioni nello stesso momento. In modalità raffrescamento, il refrigerante viene compresso e inviato alle unità interne sotto forma di gas ad alta pressione; una volta raggiunto l’evaporatore interno, assorbe il calore dall’ambiente e ritorna all’unità esterna per cedere il calore raccolto. In modalità riscaldamento, invece, il ciclo si inverte: il refrigerante cede calore all’ambiente interno dopo essere stato compresso e riscaldato, mentre all’esterno il ciclo permette l’assorbimento di calore dall’aria.

I sistemi VRF a recupero di calore, invece, permettono di operare contemporaneamente in riscaldamento e raffrescamento in diverse aree dello stesso edificio. Questa funzionalità viene gestita attraverso un dispositivo di controllo, noto come BC Controller (Branch Circuit Controller), che permette di indirizzare il flusso di refrigerante caldo o freddo verso le unità interne secondo le necessità specifiche di ciascun ambiente. Nel recupero di calore, il calore sottratto da un’area in raffrescamento può essere redistribuito verso un’area che necessita di riscaldamento, ottimizzando ulteriormente il consumo energetico. In tal modo, l’energia termica non viene dispersa, ma riutilizzata per rispondere alla domanda termica totale dell’edificio.

Nel mercato sono presenti due principali architetture differenti per complessità circuitale e modalità di gestione del refrigerante: i sistemi VRF a recupero di calore a tre tubi e quelli a due tubi (figura 9). 
I Sistemi a tre tubi possono essere considerati lo standard di mercato in quanto sono adottati dalla maggioranza dei costruttori. Il sistema utilizza tre tubazioni principali che si dipartono dall'unità esterna:

• Linea del liquido: per il raffreddamento.
• Linea di aspirazione gas (bassa pressione): per il ritorno del vapore.
• Linea di mandata gas caldo (alta pressione): per il riscaldamento.

Il passaggio tra le modalità avviene tramite scatole di commutazione locali, note come Branch Selector Boxes o CH-Box, posizionate in prossimità delle unità interne. Queste scatole contengono un set di valvole solenoidi che collegano l'unità interna alla linea del gas caldo (se richiede riscaldamento) o alla linea del liquido e aspirazione (se richiede raffreddamento).

Figura 9 - Schema di un sistema VRF a tre tubi 

Il sistema a recupero di calore a soli due tubi è un'esclusiva tecnologia di alcuni costruttori, che adottano solo due tubazioni tra l'unità esterna e il distributore. In questi sistemi il distributore (Branch Controller) che riceve dall'unità esterna il refrigerante sotto forma di miscela bifasica (gas e liquido) è capace di separare fisicamente le fasi: 

• Il vapore gassoso viene indirizzato alle unità che richiedono riscaldamento, dove condensa cedendo calore. 
• Il liquido viene inviato alle unità in raffrescamento, dove evapora assorbendo calore. 

Entrambi i sistemi raggiungono elevati COP poiché riutilizzano il calore di scarto dei locali raffrescati per riscaldare altre zone. Tuttavia, il sistema a due tubi permette un recupero di calore anche all'interno del distributore stesso. Il sistema a due tubi, inoltre, riduce drasticamente il numero di saldature, i giunti e i metri lineari di tubazione necessari, semplificando la posa in opera e riducendo il potenziale rischio di perdite