Sistemi VRF e mini-VRF: cos'è, come funziona e quando conviene

Il sistema VRF (Variable Refrigerant Flow), noto anche come VRV (Variable Refrigerant Volume) come registrato da Daikin nel 1982, è una tecnologia avanzata di Pompa di Calore (PdC) che è sempre più utilizzata nel campo della climatizzazione HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning). La tecnologia è nata per rispondere alle esigenze degli edifici complessi, nei quali ha trovato una più diffusa applicazione, ma si è delineato anche un mercato per gli impianti domestici di minore dimensione e complessità (Mini VRF). Il VRF può essere considerato una Pompa di Calore (PdC) ad espansione diretta che utilizza gli stessi principi di funzionamento delle ordinarie macchine Split o Multi-Split, ma con alcune peculiarità tecnologiche che la possono far considerare come una sua evoluzione. 

Lo standard AHRI 1230 definisce i sistemi a Flusso di Refrigerante Variabile (VRF) come apparecchiature per la climatizzazione (riscaldamento/raffrescamento) di tipo multi-split che utilizzano la tecnologia del refrigerante distribuito. 

Le caratteristiche principali includono una singola unità esterna munita di inverter (o più unità combinate) collegata a molteplici unità interne, che utilizzano sistemi a capacità variabile per fornire un controllo indipendente della temperatura nelle singole zone. La caratteristica chiave della tecnologia, che la differenzia dalle PdC ordinarie, è che la portata del refrigerante può essere modulata in funzione della richiesta termica di ogni ambiente interno servito, assicurando un controllo puntuale e un’elevata efficienza energetica.
Tipicamente si tratta di una tecnologia indicata per grandi edifici commerciali, residenziali multipiano e strutture complesse come hotel, ospedali e uffici; dove sono richieste grandi potenze termiche ed è necessario garantire alti livelli di comfort ed efficienza. Tuttavia, il mercato ha sviluppato sistemi più semplici detti “Mini VRF” adatti anche per un uso domestico; questi possono essere una soluzione competitiva in caso di edifici di pregio che non abbiano molto spazio per l’approntamento delle canalizzazioni dei sistemi PdC Split/MultiSplit o che richiedano alti livelli del servizio di climatizzazione. I Mini VRF hanno solitamente potenze comprese tra 7 kW e 33.5kW e possono gestire fino a un massimo di 9-13 unità interne; sono inoltre disponibili con alimentazione monofase per facilitare l'integrazione in contesti domestici o del piccolo terziario.

I sistemi VRF, similmente alle tecnologie PdC convenzionali, possono essere classificati in diverse categorie in base alla funzione operativa (riscaldamento/raffrescamento), alla sorgente di scambio termico e alla fonte di energia utilizzata. Prendendo in considerazione la Sorgente di Scambio termico possono quindi essere raffreddati ad aria o ad acqua. Quelli ad aria utilizzano l'aria esterna come sorgente termica, e sono ampiamente i più comuni, mentre quelli ad acqua utilizzano un circuito idronico (collegato a torri evaporative, caldaie, acqua di falda o sonde geotermiche) per lo scambio termico. Soffermandosi sulle funzioni operative, vi sono sistemi settati per il solo funzionamento come macchina frigorifera, limitati alla deumidificazione e raffreddamento degli ambienti e ovviamente le PdC reversibili utilizzabili per il riscaldamento o per il raffrescamento. Una delle peculiarità dei sistemi VRF consiste nella possibilità di realizzare sistemi a “recupero di calore” capaci di far operare nello stesso momento alcune unità interne in modalità raffrescamento e altre in riscaldamento in funzione delle necessità. 

I sistemi “VRF a Recupero di Calore” (a 2 o 3 tubi) rappresentano il vertice della tecnologia VRF: il calore sottratto dai locali da raffrescare viene trasferito a quelli che richiedono riscaldamento, portando l'efficienza complessiva a livelli altissimi. Le soluzioni tecnologiche standard di mercato prevedono tre tubazioni, ma alcuni produttori offrono sistemi a soli due tubi basati sull’utilizzo di speciali distributori di fase (Branch Circuit Controller). 

Uno dei limiti più forti alla diffusione di questa tecnologia è che utilizza una quantità maggiore di gas refrigerante sia rispetto ai multi-split ordinari che, soprattutto, rispetto alle soluzioni dotate di distribuzione secondaria idronica PdC Aria-Acqua. Ciò aumenta il rischio di fughe di GAS refrigerante negli ambienti occupati e genera maggiori adempimenti legati all’applicazione della norma UNI EN 378 ed alla sicurezza antincendio. Per limitare queste criticità il mercato propone configurazioni impiantistiche dette “Hybrid VRF” che utilizzano il gas refrigerante dall'unità esterna e attraverso la distribuzione principale fino a degli scambiatori di calore decentralizzati interni all’edificio che sono poi connessi circuiti idronici locali che alimentano i terminali di emissione. Sono, inoltre, disponibili anche i “Replace VRF”, ovvero dei modelli specificatamente progettati per la riqualificazione, capaci di operare sulle vecchie tubazioni in rame esistenti (anche se precedentemente utilizzate con gas R22) grazie a sistemi di lavaggio automatico e gestione delle diverse pressioni operative.