[도시바] 멀티 시스템의 개요

[조규상]

1) 냉매 유량 가변형 멀티 시스템의 개요

냉매유량 가변형(Variable Refrigerant Volume or Flow : VRV 또는 VRF)은 일본 다이킨사의

상업용 멀티형 시스템의 상품명으로 처음 사용되기 시작하였으며 기본 원리는 인버터 사용능력

가변형 멀티 에어컨을 일컫는 말이라고 할 수 있다.

그러나 일반 단일 인버터 시스템이나 단속도 멀티형 또는 인버터 멀티형과 특별히 구분하여 냉매

유량 가변형이라 부르는 것은 단일 시스템으로 분리형 실내기, 천정매립 카세트(Cassette), 언더

실링(Underceiling), 덕트 부착형(Ducted Type) 실내기 등 다양한 종류의 조합으로 최대 16대의

실내기를 연결할 수 있다는 점과 냉매가 실외기 출구에서 각 실내기로 별도의 배관으로 나뉘는

기존 멀티와는 달리 하나의 주관에서 필요에 따라 분배된다는 점이 크게 다르다는 점이다.

냉매유량 가변형은 기술적으로는 크게 압축기기술, 냉매회로기술, 제어기술의 3개 분야로 나뉘어 발전하여 왔다.

첫째 압축기기술은 넓은 범위에서 가변속 하면서 운전함에 따라 압축기의 윤활과 내구성, 안정성,

 신뢰성등을 향상시키는데 주력하였으며,

둘째로 냉매회로기술은 전자 팽창변을 위주로한 정교한 부하제어와 오일 회수분야 및 배관 단순

 화등에 주력하였고

셋째로 제어기술은 압축기 제어와 실내 부하에 따른 시스템 제어, 배선단순화, 문제발생 감지 및

제어기술에 주력하여 개발되었다.

2) 냉매 유량 가변형의 발전 과정

냉매 유량 가변형의 발정과정은 가정용 인버터 에어컨의 상업용 제품화라고 볼 수 있으며 그 과정은 다음과 같다.
가) 인버터 기술 상용화(1980 - 1981) : 도시바사가 최초로 1980년 인버터 기술의 상용화에 성공.      1981년 최초로 가정용 분리형 인버터 에어컨 개발
나) 인버터 에어컨 대중화 (1982 - 1983) : 다이킨을 비롯한 대부분의 일본 에어컨 업체들 인버터

      에어컨 개발 성공
다) 기본적인 냉매 유량 가변형 발표(1987) : 멀티형 인버터 에어컨 개발
라) 냉매 유량 가변 제어 시스템 개발
     - 대용량 냉매 유량 가변형 멀티 실외기
     - 냉, 난방 동시 운전
     - 냉매유량, 공기 유량 가변 제어
     - 빙축열 멀티시스템

3) 냉매 유량 가변형의 구성과 특징

냉매 유량 가변형은 한마디로 다양한 종류 및 크기의 실내기를 한조의 배관으로 제어하는 기술이다. 이것을 가능하게 하는 핵심기술이 각 실내기에 설치된 전자제어 팽창변과 이의 제어 시스템이다.

중소형 건물용(Light Commercial)으로 개발된 냉매 유량 가변형 시스템은 단일 압축기에 단일

실외기로 구성된 단일형(Single VRV)과 이들을 여러대 묶어 다시 단일 시스템으로 만든 복합형

(Modular Multi System : MMS)이 있으며 복합형의 경우는 하나의 실외기만 인버터 압축기를

탑재하고 나머지 실외기는 정속도 압축기를 사용하여 최소 한 대 운전시의 부분부하에서 전 부하

까지도 효율저하 없이 제어가능하면서도 전체 시스템의 가격을 대폭 낮추었다는 점이다. 이러한

냉매 유량 가변형은 단일형이 최대 16대의 실내기까지 연결이 가능하며 복합형의 경우는 각

16대씩의 실내기를 각각의 실외기 숫자만큼 연결이 가능하고 현재 4개의 실외기를 조합하여

64대의 실외기를 연결가능한 제품이 시장에 선보이고 있다. 제어는 각 실내기에서 단독으로 하고

있으며 이에 따른 실외기의 제어는 최대 16개의 실내기 부하의 제어가 가능한 시스템을 최대

16시스템까지 병렬 조합하여 제어가 가능한 시스템이 선보이고 있으며 이 경우 256개의 실내기를

동시 제어 가능하다. 단일형 및 복합형 냉매 유량 가변형 시스템의 구성과 특징은 표1와 같다.

표1. 냉매 유량 가변형 종류

	단일형(Single VRV)	복합형(MMS)
실외기	1 VS Comp.	1 VS Comp + Fixed Systems
실내기	Mas. 16 units	Max. 16 units x Fixed Systems
Piping	1 set	1 set for main piping
Capacity Range	4~10 HP	10~40 HP
Exp. Device	EXV	EXV

  위 두 시스템을 일반적인 가정용 및 상업용 인버터 멀티와 구분하여 비교하면 우선 최대 연결 가능한   실내기 숫자가 4대 와 최소 16대로 차이가 있으며, 근본적인 배관 시스템이 다르다는 점이다. 일반적   인 인버터 멀티 시스템은 개별 배관 시스템에 따른 배관 길이, 고저차 등의 제한이 큰 반면 동시 냉,   난방이 가능하다는 잇점이 있다. 단일 배관에 분기관으로 분배되는 냉매 유량 가변형은 상대적으로   장배관, 고 양정배관이 가능한 반면, 냉방, 난방 동시운전이 불가능하고, 단일 제어로 가능한 대 용량   시스템 구축이 가능하다. 인버터 멀티 시스템측면에서 일반 가정용과 냉매 유량 가변형을 비교하면   표2과 같다. 이러한 시스템은 전체 냉방수요가 250톤이하 이면서 소유주가 여럿인 중소규모의 건물   에 대해서는 냉각수 시스템에 비해 다음과 같은 장점을 가지고 있다.
- 운전과 비용처리의 신속함
- 전용 제어 시스템으로 간편한 조작, 건물 제어계와의 연계 불필요
- 실내기 형태, 크기의 다양한 선택
- 공조설비용 공간 불필요
- 단일 배관계

표2. 인버터 시스템의 정의와 비교

Definition	Residential Variable Speed Multi-System	Commercial Variable Speed Multi-System	Commercial Single VRV	Commercial MMS
Application	Residential	Residential, Shops, Restaurants	Commercial	Commercial
Capacity	Max. 3 HP	3~10 HP	4~10 HP	13~10 HP
No. FCU	1 to 4	1 to 4	1 to 16	1 to 32
EXV in FCU	No	No	Yes	Yes
Compressor	Rotary or Scroll	Rotary or Scroll	Rotary or Scroll	Rotary / Scroll + Fixed Speed
Controls	Simultaneous Heating or Cooling	Simultaneous Heating or Cooling	One to One Individual Control	One to One Individual Control
Lift	15M	20M	50M	50M
Max Piping	25M	50M	100M	100M
Max. Combined Pipe Length (Brances)	70M	80M	150M	150M
Piping from External of CDU	4 pairs	1 pair with Refnet	1 pair with Refnet	1 pair with Refnet

냉매 유량 가변형을 준비성, 유연성, 서비스등의 측면에서 냉각수 시스템과 비교시 단일 시스템으로서의 최대 냉방능력이 40 HP이하로 작고 시스템당 연결 가능한 실내기 숫자가 제한적이며 초기 보급단계에 따른 시공, 설치, 유지 보수 등에 대한 교육문제, 상대적인 고가격, 냉매가 각 실내기로 직접 분배됨에 따른 누설 위험성 등의 측면에서는 단점으로 남아 있으나, 개별 시스템에 따른 장점, 고 효율 및 각종 공기 청정 시스템의 장착과 정교한 실내기 제어에 따른 뛰어난 쾌적성 등은 냉각수 시스템과 비교하여 월등한 장점이며 조만간 가격 경쟁력도 확보가 가능 할 것으로 보인다. 냉각수 시스템과 냉매 유량 가변형을 비교한 내용은 표3에 나와 있다.

 표3. 냉매 유량 가변형과 냉각수 시스템과의 비교

Feature	Hydronic Chilled Water System	VRV System
기본냉방능력	기본 냉방능력을 큰 비용없이 간단하게 늘릴 수 있다.	System자체를 두배로 증설하지 않는한 기본 냉방능력을 늘릴 수 없다
유연성	수많은 실내기를 추가로 연결할 수 있다.	단일 실외기당 설치가능한 실내기가 제한되어 있다
서비스와 부품	서비스 부품을 쉽게 구할 수 있다.	설치, 시동 및 유지에 대한 특별한 교육 필요, 다만 익숙해지면 시동 및 유지가 매우 간편
장래성	냉동시스템이 CFC에서 HCFC로 변경완료, 장래 Non-HCFC로 변경 필요	현재 R22, R407C 개발완료
시장현황	보편적으로 사용	보급초기단계
가격	저렴	현재는 높으나 점차 경쟁력 보유예상
설치성	빠르고 간편한 설치가능	배관 및 설치에 전문기술 필요
안전성	냉매는 거주 공간이 아닌 기계실에만 존재하므로 냉매 누설에 의한 문제 없음	냉매가 각 거주공간으로 분배되고 실내기와 실외기를 연결하는 복잡한 배선계 필요
제어	건물중앙 제어계와 연계	단독제어 가능

 사용자, 건축업자, 설치업자 측면에서의 냉매 유량 가변형의 주요 이점은 표4와 같다.

 표4. 냉매 유량 가변형의 주요 이점

사용자	건축업자	설치자
실외기의 위치 선정가능	실외기 설치장소에 제약이 적다	숙달 후 설치가 간편
공조기 기계실이 불필요	장배관 및 고양정 가능	배관 및 배선이 간편
첨단기술, 고급제품	실내기의 선정 다양성, 편리성
기계실 운전자 불필요	설계, 감리비용절감
운전상태 파악용이, 운전비용 산출용이	한 개의 장배관 사용

이상을 종합하면 냉매 유량 가변형의 일반적인 장점은 공조실이 불필요하고 개별운전과 이에 따른 정교한 냉, 난방 부하 제어, 개별적인 비용 산출의 신속, 간편함, 냉각수관의 불필요, 덕트 불필요에 따른 천장 공간 활용, 설계 시공의 용이성 등이며, 초기 설치 시공을 위한 높은 수준의 기술 습득 필요성과 응축수 처리를 위한 별도 배관 필요, 환기 시스템의 별도 시공 필요 등은 단점으로 볼 수 있다. 표5는 냉매 유량 가변형의 일반적인 장, 단점을 비교한 것이다.

 표5. 냉매유량 가변형의 장단점

장  점	단  점
기계실 (AHU) 불필요  개별운전  냉난벙 부하 정교한 제어 (인버터)  간편한 전기 소비량 파악가능  운전시간 개인선택 가능  냉각수 배관 불필요  덕트 불필요에 따른 천장 공간 확보가능  시공의 유연성  단일 배관계	냉매누설 방지를 위한 정밀시공 필요  냉매누설시 위치파악 곤란(냉매누설가능성 축소를 위한 장배관, 접속부 축소 등에 주력)  응축수 처리를 위한 배관 필요  신선공기 공급에 취약  상대적으로 높은 유지비