Graves problemas de seguridad en instalaciones VRF ...

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Informe Técnico

Graves problemas de seguridad en instalaciones VRF de caudal de refrigerante variable.

Pág. 2 Informe: Graves problemas de seguridad en instalaciones VRF

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Sumario SUMARIO ____________________________________________________2

1 INTRODUCCIÓN __________________________________________3 1.1 Objetivos del Informe........................................................................................6

2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA_______________7 2.1 Sistema VRF ....................................................................................................7

3 PROBLEMAS DE SEGURIDAD DEL SISTEMA._________________10 3.1 Alta presión de trabajo y perdida de la estanqueidad....................................11 3.2 Comportamiento de la instalación en caso de incendio ................................14 3.3 Hipoxia inducida por altas concentraciones de refrigerante ..........................16

4 ESTUDIO DE LA CARGA DE REFRIGERANTE EN FUNCIÓN DE LA POTENCIA FRIGORÍFICA.__________________________________21

4.1 Hipótesis del estudio ......................................................................................21 4.2 Resultados......................................................................................................22 4.3 Conclusión del estudio ...................................................................................24

5 NORMATIVA_____________________________________________25 5.1 Normativa aplicable en el estado Español .....................................................25 5.2 Normativa Americana ANSI-ASHRAE...........................................................27

5.2.1 Clasificación del sistema..................................................................................... 28 5.2.2 Clasificación del tipo de ocupación..................................................................... 28 5.2.3 Cálculo de la densidad máxima de refrigerante según normativa ANSI-ASHRAE

............................................................................................................................. 28

6 CONCLUSIONES GENERALES _____________________________30

7 BIBLIOGRAFÍA __________________________________________31 Referencias bibliográficas ........................................................................................31


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1 Introducción El sistema VRF apareció a finales de los años 80 de la mano de un fabricante asiático. En sus inicios, se consideraba como una instalación de tipo multisplit, apta para aplicaciones domésticas y pequeñas instalaciones.

Gracias a una política de marketing muy bien desarrollada, en la actualidad, el producto VRF ha alcanzado cuotas de mercado muy imporantes, y ha entrado en el sector de las grandes instalaciones.

En los últimos años, el crecimiento de este tipo de instalaciones ha sido espectacular. Aproximádamente el 70% de las instalaciones de VRF en España, se han vendido después del año 2000.

Esto supone que el conocimiento de los problemas de mantenimiento a largo plazo es muy limitado.

La diferencia fundamental entre el VRF y el sistema convencional radica en la forma de transportar el frio o el calor desde la generación hasta las zonas habitadas.

El sistema convencional es un sistema indirecto. El mecanismo de producción de calor o frio esta confinado en una unidad exterior al edificio. Esta unidadad exterior tienen la función de enfriar o calentar agua, que es enviada mediante un sistema de bombas a las unidades terminales situadas en las zonas de utilización.

Por lo tanto, el circuito primario de gas a alta presión está aislado y confinado en la unidad exterior, y el circuito secundario de agua a baja presión que es inocuo, es el que llega a las zonas de utilización.

El VRF es un sistema directo, o también llamado de expansión directa. No hay ningún circuito secundario, y el refrigerante a alta presión llega directamente a las zonas habitadas.

Este tipo de sistemas se han utilizado históricamente en aplicaciones sencillas, donde las potencias no eran muy grandes. La cantidad de refrigerante contenido en un sistema, es función de su potencia, cuando mas potencia, mas refrigerante contiene la instalación.

Por lo tanto, el problema de seguridad, radica en la cantidad de refrigerante que contienen estos sistemas y en que éste llega directamente a las zonas habitadas.

Al no tener circuito secundario de agua, la instalación es mas sencilla y por lo tanto mas económica. Esta es una de las claves del éxito del sistema, mientras el marketing insiste en mostrar una imagen de instalación cara y sofisticada, en realidad, es mas económica y facil de montar que la convencional.


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La politica comercial de muchos fabricantes, es ofrecerse a realizar el proyecto directamente al arquitecto o incluso a la propiedad, dejando fuera del circuito técnico el inestimable trabajo de las ingenierias. En la actualidad, algunos fabricantes ya tienen departamentos técnicos que actuan como verdaderas ingenierias encubiertas.

Todo esto es perfectamente lícito desde un punto de vista estrictamente mercantil. Lo que no es tan lícito es que se produzca a costa de la seguridad de la instalación.

El gas refrigerate es un fluido a alta presión que en caso de ser inhalado en proporciones importantes puede producir asfixia. En contacto con la piel pude producir quemaduras, y en caso de incendio se descompone en productos altamente tóxicos.

La legislación española trata de una forma muy vaga e imprecisa estos problemas de seguridad (Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas MI-IF004).

Esto es debido a que en el momento de su realización, no existían este tipo de sistemas y su boom de ventas ha superado la capacidad de reacción legislativa de la administración.

Otras legislaciones, como la americana ANSI/ASHRAE 15-2004, si que tienen en cuenta estos riesgos y son mucho mas restritivas y concisas que la española.

Además, desde los organismos de control de la administración, se está aplicando un nivel de permisividad sin precedentes. Muchos proyectos incumplen sistematicamente la escasa normativa vigente y son legalizados sin problema.

Por ejemplo la normativa RSF MI IF 006 Sección 2.2 indica que las tuberías de refrigerante de cierta envergadura deben ir envainadas en tubo férrico como medida de protección cuando pasan por pasillos, vestibulos, entradas, escaleras y cualquier zona de paso exclusivo.

También se especifica en RSF MI IF 004 Tabla I que la densidad de gas refrigerante no puede superar un límite establecido en caso de fuga total del sistema en la estancia más pequeña.

Esto es incumplido sistematicamente en la practica totalidad de las instalaciones de VRF a nivel nacional.

Estos problemas de seguridad son especialmente preocupantes en instalaciones hoteleras, geriátricas y hospitales, donde hay personas durmiendo que pueden ser especialmente vulnerables.

La legislación americana tiene en cuenta la especial vulnerabilidad de las residencias geriátricas (ANSI/ASHRAE 15-2004 Restrictions on refrigerant use section 7.2.1) siendo hasta 4 veces mas restrictiva que la legislación Española.


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El presente informe lleva a cabo un estudio técnico exaustivo sobre los peligros de este tipo de instalaciones prestando atención a aplicaciones especialmente peligrosas donde pueden haber personas durmiendo como hoteles, clinicas y residencias geriátricas.


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1.1 Objetivos del Informe

Los objetivos de este trabajo son los siguientes:

• Demostrar técnicamente los problemas de seguridad de las intalaciones VRF, haciendo hincapié en los casos de aplicación mas peligrosos como los geriatricos, hospitales e instalaciones hoteleras.

• Denunciar la falta de rigurosidad de la legislación vigente, y la permisividad de los órganos de control públicos, permitiendo la legalización sistemática de proyectos que incumplen flagrantemente las normativas de seguridad vigentes.

• Proponer modificaciones en la legislación vigente española, basadas en la legislación ANSI/ASHRAE Americana para permitir el desarrollo de instalaciones VRF con las medidas de seguridad necesarias.


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2 Principio de funcionamiento del sistema

2.1 Sistema VRF

El VRF es un sistema de expansión directa. Esto significa que el gas refrigerante llega directamente a

las unidades terminales para producir calor (condensación) o frío (evaporación).

El R410a es el gas que se utiliza en este tipo de equipos y se caracteriza por sus altas presiones de

trabajo (presión de condensación entre 30-35 Kg/cm2).

Fig 2.1 - Esquema de la línea frigorífica de una instalación VRF que contiene gas a alta presión.


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Este sistema puede llegar a potencias frigoríficas del orden de los 140 Kw por línea. En la práctica se

suelen utilizar líneas de menos de 50 Kw por las limitaciones impuestas en la legislación vigente(1).

Esta legislación fija un valor máximo a la cantidad de refrigerante que puede contener cada línea

frigorífica, y por lo tanto su potencia.

En consecuencia una de las características de este sistema, es la gran cantidad de unidades

condensadoras instaladas en la cubierta del edificio, pudiendo llegar fácilmente a 15 ó 20 equipos.

Todas las unidades interiores están unidas a sus unidades exteriores mediante un bus de

comunicaciones. Este bus tiene como propósito informar del estado de las unidades interiores a los

microprocesadores exteriores para que decidan el número de compresores que deben funcionar y en

qué parcialización. Este proceso es continuo y es esencial para el equilibrado del sistema frigorífico.

Las unidades exteriores, los accesorios para la realización de las tuberías de cobre, las unidades

interiores y el control, son todos del mismo fabricante .

Es prácticamente imposible utilizar material de diferentes fabricantes, ni en el montaje ni en el futuro

mantenimiento del sistema.

Esto es debido principalmente a que todos los sistemas VRF son incompatibles entre si, tanto desde

el punto de vista frigorífico como de control.

Es evidente que esto plantea problemas potenciales desde el punto de vista del mantenimiento y del

tiempo de vida del sistema.

Los fabricantes sólo están obligados por la ley japonesa a mantener un stock de recambios durante

los 8 años posteriores a la finalización de la comercialización de un producto.

Este problema es realmente serio, ya que ningún componente de estos equipos se pueden encontrar

en el mercado.

Por otra parte, la capacidad de suministro de recambios a todas las instalaciones VRF vendidas con

refrigerante R407c suscita serias dudas, ya que estos equipos han sido descatalogados por sus

fabricantes.

Como ejemplo de instalación que posiblemente sufrirá los problemas anteriormente expuestos,

tenemos una emblemática torre de geometría cilíndrica, climatizada mediante un sistema VRF

especialmente incompatible con todos los demás, y que utiliza el obsoleto refrigerante R407c


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(funciona con una tecnología exclusiva de su fabricante la cual utiliza solo 2 tubos para la

recuperación de calor mientras que el resto del mercado utiliza 3).

1. Orden CTE 3190/2002, de 5 de diciembre, por la cual se modifican las instrucciones Técnicas Complementarias MI-

IF002, MI-IF004 y MI-IF009 del Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas.


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3 Problemas de seguridad del sistema. Esta parte del informe pretende tratar los problemas de seguridad que comporta la instalación VRF.

Estos son muy poco conocidos, por ser un sistema relativamente nuevo en el mercado, cuya

utilización mas frecuente aparece en los últimos cinco años.

Desde el punto de vista de la seguridad, el sistema VRF plantea serias dudas ya que el refrigerante a

alta presión llega directamente a las zonas habitadas.

La normativa actual contempla de manera parcial y poco precisa estos problemas de seguridad, ya

que en el momento de su realización no se pensaba en la aplicación de sistemas de expansión

directa con tiradas de tubería tan largas, tanta carga de refrigerante y presiones tan elevadas.

En cualquier caso, es previsible una futura revisión de esta normativa, que contemple los siguientes

problemas de seguridad:

• Presiones de trabajo muy altas a lo largo de kilómetros de tuberías de refrigerante en el

interior del edificio, sin protección ni señalización de ningún tipo.

• Posibilidad de fuga de gas refrigerante y el consiguiente peligro de asfixia en estancias

habitadas, por desplazamiento de oxigeno.

• En el caso anterior tener en cuenta el agravante de la estratificación del refrigerante.

• Alta toxicidad del gas refrigerante en caso de incendio.


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3.1 Alta presión de trabajo y perdida de la estanqueidad

Una instalación de VRF como puede ser un gran hotel o un edificio de oficinas, consta de varios

kilómetros de tubería de cobre con cientos de soldaduras. Estas tuberías contienen un fluido a alta

presión que pueden llegar a los 35 Kg/cm2.

Estos conductos no tienen ningún tipo de protección salvo el de las paredes del propio tubo de cobre

que, en el mejor de los casos, son de 1 mm de grosor.

Fig 3.1 - Detalle del falso techo de un pasillo donde con líneas de refrigerante a alta presión sin ningún tipo de protección.


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El liquido refrigerante en caso de salir del tubo, se evapora espontáneamente enfriando la superficie

en contacto a -51,6 Cº (2) .

Las tuberías discurren habitualmente por los falsos techos y son recubiertas por un aislante térmico.

No se aplica ninguna protección adicional, porque la legislación en la mayor parte de los casos no se

pronuncia al respecto y en los que se pronuncia, no se suele cumplir.

Por lo tanto, la única separación entre el fluido a alta presión y los ocupantes del edificio son:

• Aproximadamente 1 metro de aire

• Un falso techo

• Una pared de cobre (pared del tubo) entre 0,8 y 1 mm de espesor.

La rotura de una tubería de refrigerante, puede producirse por cualquiera de los siguientes motivos:

• Vibraciones producidas por el deterioro de las unidades terminales

• Un suceso accidental, como podría ser el golpe con una herramienta durante el

mantenimiento de cualquier elemento del falso techo.

• El deterioro de las soldaduras o uniones abocardadas con el tiempo de funcionamiento.

Fig 3.2 - Detalle de la rotura de una tubería de refrigerante a alta presión.


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En caso de rotura, los fragmentos de soldadura, si los hubiese, saldrían proyectados por la expansión

repentina del gas al encontrarse expuestos a una diferencia de presión de unos 30-35 Kg/cm2. Estos

fragmentos saldrían a una velocidad considerable, pudiendo producir daños físicos a cualquier

persona que estuviese en el entorno cercano al suceso.

La probabilidad de que esto ocurra es pequeña, pero aumenta con el tamaño de la instalación y con el

tiempo de utilización.

En caso de romperse el tubo de líquido, la situación es mucho mas preocupante, ya que además del

problema de los posibles fragmentos de soldadura, tendríamos una proyección de líquido refrigerante

a alta presión(1) , que podría producir heridas penetrantes en contacto con la piel y quemaduras por

congelación en las zonas expuestas (enfriamiento espontáneo a -51,6º C (2)).

1. Una proyección de líquido a 35 Kg/cm2 y con la densidad del R410a (1,066 Kg/dm3) puede atravesar una mano a

corta distancia.

2. La temperatura de evaporación del R410a es -51,6ºC a presión atmosférica (1 atm).


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3.2 Comportamiento de la instalación en caso de incendio

En presencia de llama y altas temperaturas, condiciones como las que podemos tener en un incendio,

el R410a y el R407c se descomponen en gases altamente tóxicos entre los cuales están el Fluoruro

de Hidrógeno HF (ácido Fluorhídrico en forma gaseosa), el Monóxido de Carbono y el Fosgeno (2).

Dado que en las instalaciones de VRF, las líneas frigoríficas se extienden por todo el edificio, es

necesario analizar qué les sucederá en caso de exposición a las altas temperaturas de un incendio.

En caso de incendio, el aislante que recubre las tuberías desaparecería rápidamente dejando el tubo

de cobre desnudo y expuesto a la llama; este tubo al tener un espesor tan pequeño (0,8- 1 mm) se

debilitaría mecánicamente de una forma muy rápida. Si a esto le sumamos el factor del calentamiento

del refrigerante líquido a alta presión, en cuestión de minutos se produciría la segura rotura de la línea

frigorífica.

Inmediatamente, todo el refrigerante se verterá precisamente justo sobre el foco de llama, derivando

en los gases altamente tóxicos mencionados anteriormente.

Esto puede constituir un problema añadido muy importante, ya que el Fluoruro de Hidrógeno (ácido

Fluorhídrico en forma gaseosa), en concentraciones 10.000 veces inferiores a las máximas permitidas

para el refrigerante, es altamente tóxico, y como primer efecto produce la ceguera. Es obvio que esto

dificulta las labores de extinción del incendio y por supuesto la capacidad de los ocupantes de huir del

edificio.

Este punto debe ser estudiado urgentemente por especialistas en la materia, ya que en edificios

grandes, podemos llegar a tener hasta miles de kilos de refrigerante en su interior (1).


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1. Un edificio real que se compone de 32 plantas de 1000 m2 cada una, tiene una carga total de refrigerante de unos

2170 Kg.

2. En caso de exposición a altas temperaturas el R410a se descompone en varios componentes entre los cuales está

el HF y el CO. Ambos son tóxicos pero el mas dañino es el HF. El HF en forma gaseosa es altamente tóxico a partir

de concentraciones de 0,000025 Kg/m3 (concentraciones 10000 veces inferiores a las permitidas en el R410a).

Puede producir graves quemaduras en contacto con la piel y ceguera irreversible en contacto con los ojos.

Fig 3.3 - Extracto de la hoja MSDS (Material Safety Data Sheet) del gas R410a del fabricante DuPont


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3.3 Hipoxia inducida por altas concentraciones de refrigerante

El refrigerante por si mismo no es tóxico, pero desplaza el oxigeno produciendo hipoxia en

concentraciones elevadas.

El R410 tiene un límite de concentración en aire, según la legislación española vigente de 0,3 Kg/m3 (1) mientras que en el R407 es 0,35 Kg/m3 (1) .

La legislación supone que, en caso de fuga, el gas refrigerante se mezcla totalmente con el aire en el

volumen de la estancia habitada. De esta forma se calcula la densidad correspondiente en Kg de gas

por m3 de estancia.

El supuesto del que parte la legislación es discutible, ya que el refrigerante pesa 3 veces mas que el

aire(2). En caso de fuga, el refrigerante empieza a depositarse en el fondo de la estancia, creando una

estratificación que va subiendo de nivel a medida que va llegando mas refrigerante.

Por lo tanto, la concentración en el techo será prácticamente nula, mientras que a 75 cm del suelo

(altura aproximada de la cabeza de una persona en posición horizontal) será varias veces mas alta

que la fijada por la normativa. Esta peligrosa situación, puede producirse en instalaciones hoteleras,

hospitales, geriátricos y en general en cualquier aplicación donde pueda haber personas durmiendo.


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También hay que tener en cuenta, el factor añadido de riesgo que supone, que el refrigerante es

inodoro y que el primer efecto que produce es somnolencia (3).

A continuación se presenta una simulación ilustrada con viñetas (Fig 3.5), de lo que sucedería en

caso de fuga en una habitación de hotel, incluso cumpliendo con la actual legislación de los 0,3

Kg/m3.

Fig 3.4 - Extracto de la hoja MSDS (Material Safety Data Sheet) del gas R410a del fabricante DuPont


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• Viñeta A: Podemos ver una típica habitación de hotel, con una unidad terminal del sistema

VRF de tipo conductos instalada en el falso techo.

• Viñeta B: Se produce una fuga de refrigerante en la unidad y esta empieza a verter todo el

refrigerante de su línea frigorífica en la habitación. Dado que el refrigerante pesa 3 veces mas

que el aire, se empieza a depositar en el suelo de la estancia.

• Viñeta C: El nivel de refrigerante sobrepasa la altura de la cabeza de los ocupantes de la

habitación. En este momento, los ocupantes empiezan a respirar una mezcla de refrigerante y

aire con una baja concentración de oxígeno. La alta concentración de refrigerante inhalado,

empieza ha producir los primeros efectos hipnóticos(3). Debido a la estratificación, la densidad

de oxigeno en el aire que respiren los ocupantes bajara muy rápidamente, a medida que

aumente la cota de refrigerante.

• Viñeta D: Se ha sobrepasado ampliamente la altura de la cabeza de los ocupantes y estos

están respirando una cantidad muy grande de refrigerante pudiendo producirse los primeros

síntomas de parálisis muscular(3), impidiendo a los ocupantes escapar. Si esta situación se

prolonga en el tiempo, puede producir la asfixia y en consecuencia la muerte.


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Fig 3.5 – Estratificación del refrigerante en caso de fuga en una habitación de hotel ,hospital o geriatrico.


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Es importante, poner énfasis en el hecho de que la legislación no tiene en cuenta el efecto de la

estratificación en el cómputo de la densidad máxima de refrigerante admisible.

El refrigerante tiende a acumularse en la parte inferior de la estancia y desplazar el oxigeno a la parte

superior.

Aunque la densidad media en la habitación sea 0,3 Kg/m3 (1), la densidad que respirarán los

ocupantes a 75 cm del suelo, será mucho mayor por el efecto de la estratificación, por lo tanto la

normativa debería corregirse, equiparándose a la americana que contempla este efecto y reduce el

límite a 0,15 Kg/m3 (5) y en algunos casos mas críticos, como los geriátricos y las clínicas, lo reduce a

0,07 Kg/m3 (4).

De todas formas, es bien cierto que hoy en día prácticamente ningún proyecto cumple con la

normativa española(1), habiendo hoteles y geriátricos que están funcionando con densidades de

refrigerante muy superiores al 1 Kg/m3. En estos casos, de producirse una fuga en el momento en el

que el ocupante esté durmiendo, es altamente probable que éste muera por asfixia.

En el capitulo 4, se ha realizado un estudio de la cantidad de refrigerante que incluye un sistema VRF

dependiendo de su potencia frigorífica (aplicando unas longitudes de línea de un 50% de los límites

definidos por el fabricante).

También se comprueba, la superficie mínima de cada estancia para cumplir con la normativa. Como

se demuestra en la tabla II del Anexo A, prácticamente ninguna instalación hotelera o geriátrica con

unidades de mas de 28 Kw, cumple con la normativa vigente española y por supuesto ninguna

cumpliría con la normativa americana.

1. Orden CTE 3190/2002, de 5 de diciembre, por la cual se modifican las instrucciones Técnicas

Complementarias MI-IF002, MI-IF004 y MI-IF009 del Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones

Frigoríficas.

2. El vapor de R410a pesa 3 veces mas que el aire a presión atmosférica.

3. El R410a en bajas concentraciones produce efectos narcóticos. Los síntomas incluyen dolor de cabeza,

nauseas y perdida de coordinación. En altas concentraciones puede causar asfixia. Los síntomas pueden incluir

perdida de movilidad y conciencia. La victima puede no ser consciente en ningún momento de su estado de

intoxicación. (fuente de información: MSDS ‘Material Safety Data Sheets’ de diversos fabricantes, ver sección

de referencias bibliográficas).

4. ANSI/ASHRAE 15-2004 Restrictions on refrigerant use section 7.2.1

5. ANSI/ASHRAE 15-2004 Table A


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4 Estudio de la carga de refrigerante en función de la potencia frigorífica.

Es este apartado se pretende estudiar la carga total de refrigerante R410a de un sistema VRF, dependiendo de su potencia frigorífica.

4.1 Hipótesis del estudio

La cantidad de refrigerante en un circuito depende básicamente de 2 factores:

1. La precarga de cada unidad exterior definida por el fabricante.

2. La carga adicional que se calcula en función de la longitud de las líneas frigoríficas.

Dado que el 2º parámetro es variable y depende mucho de las particularidades de cada instalación, para la realización de este estudio se ha partido de los siguientes supuestos:

• El ramal principal tiene 20 metros de longitud.

• La longitud de la línea media que separa cada derivador (entre habitaciones) es de unos 5 metros.

• Cada unidad interior, esta a una distancia de 1,5 metros desde su derivador correspondiente.

• Cada sistema esta a un ratio del 125% (lo habitual es un 130%)

• El numero de unidades interiores, es un 65% del máximo marcado por el fabricante (lo habitual es llegar cerca del 80% por criterios económicos).

Estos supuestos, son muy poco restrictivos ya que no llegan ni al 50% de la longitud máxima que nos marcan los fabricantes. Por lo tanto los resultados, podrán establecer un criterio de mínimos, que representarán la mayor parte de las instalaciones.


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4.2 Resultados

En la siguiente tabla podemos ver el resultado en Kg. de refrigerante por línea respecto a la potencia frigorífica según los criterios expuestos en el apartado 4.1.

Pot. Frig (Kw)

Carga gas (Kg R410a)

22,4 1428 14,5

33,6 16,739,2 23,844,8 27,550,4 29,9

56 30,5678,4 46

106,4 62134,4 69

Aplicando el resultado anterior a una típica habitación de hotel de 2,7 metros de altura (hasta falso techo) y unos 18 metros cuadrados de superficie, obtenemos las siguientes densidades de refrigerante en caso de fuga:

Pot. Frig (Kw) Densidad de refrigerante (Kg R410a/m3)

22 0,29 28 0,30 34 0,34 39 0,49 45 0,57 50 0,62 56 0,63 78 0,95

106 1,28 134 1,42

En esta tabla, se ve claramente que los sistemas de más de 28 Kw, incumplen la normativa actual de una forma clara (0,3 Kg/m3).

Esto es mas evidente, si vemos los metros cuadrados que necesitaríamos de habitación para cumplir la legislación española y la americana:


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Pais Normativa Metros cuadrados mínimos de la estáncia mas pequeña

22 Kw 28 Kw 34 Kw 39 Kw 45 Kw 50 Kw 56 Kw

España RITE 17 18 21 29 34 37 38EEUU ANSI/ASHRAE Standard 15-2004 35 36 41 59 68 74 75EEUU ANSI/ASHRAE Standard 15-2004 en

geriatricos, hospitales, jardines de infancia, carceles y demás locales donde los ocupantes puedan no poder salir de la estancia por sus propios medios.

69 72 82 118 136 148 151

Superficie mínima respecto a la poténcia de la unidad exterior

0

20

40

60

80

100

120

140

160

20 Kw 25 Kw 30 Kw 35 Kw 40 Kw 45 Kw 50 Kw 55 Kw 60 Kw

Poténcia Frigorífica

Supe

rfic

ie e

n m

2

RITE

ANSI/ASHRAE Standard 15-2004

ANSI/ASHRAE Standard 15-2004en geriatricos, hospitales, jardinesde infancia, carceles y demáslocales donde los ocupantespuedan no poder salir de laestancia por sus propios medios.

Fig 4.1 – Superficie de estancia mas pequeña para cumplir diferentes normativas dependiendo de la pot. Frig.


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4.3 Conclusión del estudio

Este estudio concluye que la única forma de realizar una instalación VRF según la normativa vigente, es utilizando unidades de 22 o 28 Kw. A partir de esta potencia por línea frigorífica es muy probable que estemos incumpliendo la ley.

También es interesante ver como la legislación Americana limita el sistema VRF a instalaciones domesticas, y prácticamente las prohíben en hoteles, geriátricos y hospitales.


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5 Normativa

5.1 Normativa aplicable en el estado Español

La normativa aplicable en España a las instalaciones de aire acondicionado es la RITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios) que en su ITE-01.2 referencia a la RSF (Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas) en el ámbito de la seguridad.

La RSF clasifica los refrigerantes según su nivel de inflamabilidad y toxicidad, según la siguiente tabla:

El refrigerante R410a es del grupo A1 que es el mas seguro, solo tiene restricciones en caso de la utilización en sistemas de ALTA PROBABILIDAD (sistemas en los que en caso de fuga de refrigerante, éste pueda llegar a zonas habitadas).

Según la Instrucción MI-IF-002 la RSF clasifica los refrigerantes y en MI-IF004 impone unos límites de densidad en caso de fuga en espacio habitado en la tabla I columna d.

La densidad límite del gas R410a, esta fijada en la Orden CTE 3190/2002, de 5 de diciembre, por la cual se modifican las instrucciones Técnicas Complementarias MI-IF002, MI-IF004 y MI-IF009 del Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas.

Esta orden CTE en su apartado 2 especifica lo siguiente:

Fig 5.1 – Tabla de clasificación de los refrigerantes según toxicidad e inflamabilidad.


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2. Instrucción Técnica Complementaria MI-IF004.

Se amplía la Tabla I, sobre carga máxima de refrigerante del Grupo primero por equipo, utilizando sistemas de refrigeración directos, con la inclusión de los que se indican a continuación:

TABLA I

a b c d

R-410 a Difluormetano Pentafluoretano

CH2 F2 50% CHF2-CF3 50%

0,3

a = Denominación simbólica numérica del refrigerante, b = Nombre químico común del refrigerante, c = Fórmula química del refrigerante, d = Carga máxima en kilogramos por metro cúbico de espacio habitable.

Por lo tanto el límite para el refrigerante R410a es 0,3 Kg/m3.

Respecto a la protección de las tuberías de refrigerante, la legislación también se pronuncia, indicando que deben ser protegidas con tubo o conducto rígido de metal cuando pasen por zonas exclusivas de paso como pasillos, vestíbulos etc. Tal como se dispone en la MI-IF 006 Sección 2.2:

2.2. Colocación de tuberías de paso de refrigerante en locales de cualquier categoría.

No podrán colocarse tuberías de paso de refrigerante en zonas de paso exclusivo, como vestíbulos, entradas y escaleras; tampoco podrán ser colocadas en huecos con elevadores u objetos móviles. Como excepción, podrán cruzar un vestíbulo si no hay uniones en la sección correspondiente, debiendo estar protegidos por un tubo o conducto rígido de metal los tubos de metales no férreos de diámetro interior igual o inferior a 2,5 centímetros.

En MI-IF 006 Sección 2.3 se hace referencia a la colocación de las tuberías por locales no industriales.

En este caso, que es el mas habitual, se determina que las tuberías de refrigerante no pueden atravesar pisos en ciertas circunstancias tal como indica MI-IF 2.3 b,c.

2.3. Colocación de tuberías de paso de refrigerante en locales no industriales.

Las tuberías de paso de refrigerante en locales no industriales no podrán atravesar pisos en general, con las excepciones siguientes:


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2.3 b) La tubería de descarga, desde los compresores hasta los condensadores, situados en la cubierta o azotea, podrá atravesar los pisos intermedios colocándola en el interior de un conducto resistente al fuego, continuo, sin aberturas a los pisos y con ventilación al exterior, que no contenga instalaciones eléctricas, objetos móviles ni conducciones ajenas a la instalación frigorífica.

2.3 c)En instalaciones frigoríficas con refrigerantes del grupo primero, todas las tuberías de paso de refrigerante pueden atravesar los pisos necesarios mediante un conducto similar al indicado en el apartado b); si la instalación se efectúa mediante sistema de refrigeración directo con refrigerantes del grupo primero, las tuberías de paso podrán instalarse sin conductos aislantes, siempre que atraviesen locales servidos por la propia instalación.

5.2 Normativa Americana ANSI-ASHRAE

La normativa americana que regula las instalaciones de climatización esta compuesta por una serie de Standards ANSI (American Nacional Standards Institute) desarrollados por la sociedad ASHRAE (American society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc.).

Esta legislación se aplica en Estados Unidos, Canadá y buena parte de Sudamérica. De hecho es bien sabido, que se ha utilizado como referencia para el desarrollo de prácticamente todas la legislación del resto del mundo.

El Standard que regula la seguridad en instalaciones frigoríficas es el ANSI/ASHRAE 15-2004.

Uno de los puntos que diferencia este Standard del RSF Español, es su rigurosidad y detalle. Cubre todas las posibilidades y en los casos mas controvertidos es mas preciso y restrictivo.

Por ejemplo como veremos en los siguientes puntos, la densidad máxima de refrigerante en caso de fuga es 0,15 Kg/m3 mientras que en España es 0,3 Kg/m3. Además se diferencian aplicaciones especiales, donde aún es mas restrictiva llegando a los 0,07 Kg/m3.

Por lo tanto teniendo en cuenta las tablas de la sección 4, podemos afirmar que el Standard ANSI-ASHRAE declara fuera de normativa cualquier instalación VRF en aplicaciones hoteleras, geriátricos, clínicas etc. Esta es la razón por la cual el sistema VRF no está teniendo ningún éxito en Estados Unidos ni en Sudamerica.


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5.2.1 Clasificación del sistema

En el punto 5.1.1 se especifica el tipo de sistema correspondiente al VRF, que denomina como “A direct Sistem”. Este sistema, se caracteriza por no utilizar un fluido intermedio entre circuito de refrigerante y la aplicación a climatizar.

5.2.2 Clasificación del tipo de ocupación

Este punto es muy importante ya que ANSI/ASHRAE 15-2004 identifica y distingue diferentes tipos de aplicaciones. Es decir, no tiene la misma gravedad, que se produzca un escape de gas en la habitación de una clínica que en un despacho.

Las aplicaciones mas sensibles, que requieren un tratamiento especial son las denominadas “institucional occupancy”. En estas aplicaciones, se restringe de una forma muy importante la densidad de refrigerante en caso de fuga. Siendo imposible la utilización de equipos VRF.

Las “institucional occupancy” son definidas como:

Cualquier aplicación, en la cual los ocupantes de una estancia puedan tener dificultades para abandonarla por sus propios medios en caso de fuga de refrigerante. Se citan explícitamente Hospitales, guarderías, centros de asistencia primaria, asilos y residencias geriátricas.

5.2.3 Cálculo de la densidad máxima de refrigerante según normativa ANSI-ASHRAE

Según la normativa ANSI/ASHRAE, dependiendo del tipo de aplicación, deben tenerse en cuenta diferentes densidades de refrigerante en caso de fuga. Esta restricción, incluye cualquier elemento del circuito frigorífico incluyendo tubos de refrigerante que pasen por el falso techo de una estancia, aunque en esta no haya ninguna unidad terminal.

El cálculo de la densidad de refrigerante, no debe incluir el falso techo. En caso de una instalación de conductos, se puede tener en cuenta en el cálculo el volumen de aire contenido en los conductos de impulsión y retorno.

En caso de tener una unidad de conductos que de servicio a varias estancias y éstas puedan regular el flujo de aire mediante los difusores o rejas (caso mas habitual), se deberá hacer el calculo con toda la carga de refrigerante, en la estancia mas pequeña a la que da servicio esa red de conductos.

Las densidades máxima admisibles en una instalación son las siguientes:


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Aplicación Densidad máxima

Geriátricos, hospitales, jardines de infancia, cárceles y demás locales donde los ocupantes puedan no poder salir de la estancia por sus propios medios. 0,15 Kg/m3

Otros 0,075 Kg/m3

En caso superar las anteriores densidades de refrigerante y ser imposible la utilización de otro tipo de sistema por razones técnicas, según sección 8.11 la estancia deberá considerarse como parte de una sala de maquinas ‘machinery room’ y se deberá equipar con un sistema de extracción forzado controlado por un detector de fugas de refrigerante.

Este sistema de extracción, deberá impulsar el aire directamente hacia el exterior del edificio y nunca contra una zona interior.

El cálculo del sistema de extracción, se debe hacer según la siguiente fórmula (sección 8.11.5):

5,0252 GQ •=

Siendo Q el caudal del ventilador de extracción en m3/h y G la carga de refrigerante del circuito en Kg.

Aplicando la anterior formula a una habitación de hotel climatizada por un sistema VRF de 28 Kw (10 HP), utilizando la tabla de la sección 4 nos daría el siguiente resultado:

G = 14,8 Kg

Q = 252 * 14,80.5

Q = 969,46 m3/h

Según la RITE para una habitación de hotel, necesitamos una aportación de aire exterior de unos 15 m3/h, por lo tanto vemos que realmente necesitamos unas 66 veces mas caudal, que el aportado por ventilación en condiciones normales. Esto invalida la afirmación de algunos fabricantes de sistemas VRF, que dicen que con la aportación de aire exterior en la estancia, protegeríamos a los ocupantes de una fuga de refrigerante.


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6 Conclusiones generales Los sistemas VRF, son sistemas con numerosas ventajas respecto a los sistemas tradicionales, desde el punto de vista de facilidad de proyecto y bajo coste de montaje.

Pero como hemos podido ver a lo largo de este informe, también comportan una serie de problemas de seguridad, que hoy en día no se están teniendo en cuenta en prácticamente ninguna instalación.

También hemos visto, que la legislación vigente en el estado español es muy poco restrictiva, mientras que la americana (que es referencia mundial), tiene en cuenta mas factores de riesgo e introduce restricciones, que hacen muy difícil la aplicación de este tipo de sistemas en instalaciones terciarias, incluso llegando al punto de hacerlos inviables en hoteles, clínicas y residencias geriátricas.

Como ingenieros, al firmar nuestros proyectos estamos asumiendo una responsabilidad.

Aunque el proyecto lo haya hecho el fabricante, a efectos legales la responsabilidad es del ingeniero consultor, que es el que ha firmado el proyecto. Por lo tanto, el ingeniero consultor tiene el deber de asegurarse que se cumpla escrupulosamente la legislación en sus proyectos, sobre todo cuando un incumplimiento de ésta pude derivar en peligro de muerte para los futuros usuarios.

Por lo tanto el sistema VRF, en nuestra opinión, es totalmente desaconsejable en aplicaciones donde puede haber personas durmiendo, como hoteles, hospitales y residencias geriátricas.

Evidentemente, la legislación actual es de obligado cumplimiento, por lo tanto la administración competente debería ser consecuente, e impedir que se aprueben proyectos que no cumplan la normativa.

Desde nuestro punto de vista, dado todo lo expuesto anteriormente, creemos que la legislación actual debería endurecerse, rebajando el límite de densidad de refrigerante, teniendo en cuenta el efecto de estratificación en aplicaciones donde hay personas durmiendo.

También debería establecerse algún tipo de norma para proteger los tubos de refrigerante que pasan por lo falsos techos, y añadir indicaciones para que los mantenedores sepan que esos tubos contienen liquido o gas refrigerante a alta presión.

Respecto a las complicaciones en caso de incendio citadas en el apartado 3.2, deberían estudiarse a fondo y establecerse las medidas de seguridad adicionales, que crean necesarias los expertos en la materia.

Esperamos que este informe haga reflexionar al lector y abra un debate constructivo, sobre una cuestión que nos debería preocupar a todos.


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7 Bibliografía

Referencias bibliográficas

[1] Mitsubishi City Multi Data Book.

[2] Manual de aplicación Toshiba Modular Multi VRF Sistema Multi Split.

[3] Catálogo técnico Hitachi Set Free.

[4] Reglamento de Seguridad para plantas e Instalaciones Frigoríficas.

[5] Orden 4 de Noviembre del 1992, por la que se modifica la Instrucción Técnica complementaria MI-IF-005 del Reglamento de Seguridad para plantas e instalaciones frigoríficas.

[6] Instrucciones técnicas complementarias MI-IF-001, MI-IF-002, MI-IF-003, MI-IF-004, MI-IF-005, MI-IF-006, MI-IF-007, MI-IF-008, MI-IF-009, MI-IF-010, MI-IF-011, MI-IF-012, MI-IF-013, MI-IF-014, MI-IF-015, MI-IF-016.

[7] Internacional Standard ISO 5149:1993(E) “Mechanical refrigerating systems used for coolong and heating – safety requirements”.

[8] ANSI/ASHRAE Standard 15-2004 “Safety Standard for Refrigeration Systems” American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers Inc.

[9] ANSI/ASHRAE Standard 34-2004 “Safety Standard for Refrigeration Classification” American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers Inc.

[10] RITE Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios ITE-01

[11] R410a MSDS Material Safety Data Sheet, Boc Gases

[12] R410a MSDS Material Safety Data Sheet, Arkema Inc

[13] R410a MSDS Material Safety Data Sheet, Dupont

[14] R410a MSDS Material Safety Data Sheet, Nacional Refrigerants

[15] R4070a MSDS Material Safety Data Sheet, Dupont

[16] R407a MSDS Material Safety Data Sheet, Nacional Refrigerants


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[17] HF ‘Hydrogen Fluoride’ MSDS Material Safety Data Sheet, Air Liquide Inc

[18] Fosgeno ‘CCL2O’ MSDS Material Safety Data Sheet, Air Liquide Inc

[19] CO MSDS Material Safety Data Sheet

[20] Manual del aire acondicionado, CARRIER

[21] Daikin US corp: http://www.daikinac.com

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