스마트 리시버를 적용한 VRF 시스템에어컨의 냉난방 성능 및 효율에 관한 연구 = A Study on the Performance and Efficiency of VRF System Air-conditioner based on the Smart Receiver

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 지속적으로 강화되고 있는 글로벌 기준의 탄소배출량 저감정책에 대응하면서 주기적으로 개정되고 있는 산업통상자원부의 효율관리제도에 효과적으로 대처할 수 있도록 최신 산업부고시(제2024-120호)를 참고하여 멀티형 전기식 히트펌프(EHP)의 효율 및 성능향상에 효과적인 스마트 리시버를 적용하여 평가된 결과를 분석하였다.
(1) 본 연구에서 적용된 스마트 리시버를 활용하여 동일한 제품용량의 시스템 내 충전된 냉매량을 최적제어하여 냉방운전을 하였을 경우 스마트 리시버를 채용하지 않았을 경우에 비하여 부분부하 운전효율이 높게 향상되는 결과를 확인할 수 있었다. 또한, 난방운전을 하였을 경우도 마찬가지로 스마트 리시버에 저장된 냉매를 적절히 방출하여 효율 및 성능향상에 기여하였으며, 결과적으로 통합냉난방효율(EERa)도 높은 수준(4% 이상)으로 개선되는 것을 확인하였다.
(2) 제품용량 8마력의 같은 제품에서 스마트 리시버의 체적을 5 L에서 7 L로 증가 시에 냉방부하에서는 효율의 개선효과가 Fig. 4와 같이 거의 나타나지 않았으나, 난방효율의 소폭 개선효과로 통합냉난방효율(EERa)은 약 1% 정도의 개선효과가 있었다. 다만, 실외기 Size A에 체적이 큰 스마트 리시버의 채용은 구조적인 적용의 어려움도 있었기 때문에 Size B에 체적인 더 큰 7 L 스마트 리시버를 채용하게 되었다.
(3) 동일한 체적의 스마트 리시버로 동일 제품의 용량을 증대시켰을 경우 냉방 빛 난방효율은 모두 하락하는 경향을 가지지만, 스마트 리시버의 체적의 증대 및 압축기의 수량과 그 외 실내외유닛의 전열면적 확대를 통해 하락하는 경향을 최소화할 수도 있었다.
(4) 스마트 리시버의 체적증대가 제품용량의 증대에 따라 주어진 효율등급 평가조건에서 의미 있는 결과를 얻을 수는 있었으나 실내외 전반적인 실운전 조건을 충분히 확인하여 효율개선효과와 동시에 신뢰성을 검증을 병행하여야 하겠다.
(5) 본 연구의 결과에서 제시된 바와 같이 냉난방운전에 상태에 대하여 조건별로 스마트 리시버의 충전량과 방출량을 실운전부하를 고려하여 충분히 학습할 경우 6개의 고시된 평가조건에서 뿐만 아니라 일반적인 실운전 조건에서도 성능향상 및 소비전력저감 효과를 예상할 수 있겠다.
본 연구의 평가를 바탕으로 기존에는 3~5% 정도의 통합냉난방효율을 개선하기 위해서는 과도한 부품의 비용을 사용하여 부득이하게 소비전력을 줄여야 했던 다양한 접근방식에 비하여 최소의 비용으로 최선의 효과를 얻을 수 있도록 제품용량 범위에 가장 적합한 체적으로 실외기내 공간적 제약을 극복한 어큐멀레이터와 일체형 구조인 스마트 리시버를 채용하였고, 동시에 부하별 최적제어를 통해 통합냉난방효율을 5% 가까이 개선할 수 있었다. 결과적으로 개정된 최신 효율등급제도에서도 고효율의 1등급에 부합할 수 있는 멀티형 전기식 히트펌프(EHP)의 제품을 확보하는 매우 의미 있는 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 고효율의 VRF 시스템은 교육기관 및 정부의 공공기관에 우선적으로 적용이 가능하며, 중소상업용 건물 및 병원, 오피스용 빌딩에도 확대되어 적용이 될 예정으로 에너지 절감을 통해 탄소배출량 저감에 많은 기여를 할 것으로 예상되고 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the case of the next-generation VRF system air conditioner, in order to obtain the best performance and efficiency according to site climatic factors, installation environmental conditions, and operating load, an optimal amount of R410A refrigerant according to cooling and heating operation can be continuously and intelligently varied by applying a Smart Receiver to an outdoor unit. By utilizing the amount of refrigerant charged in this receiver, sufficient target condensation pressure can be maintained to secure the outlet temperature of the indoor unit above 40 degrees Celsius during full load operation even if the outdoor temperature falls below -10 degrees Celsius during heating operation. On the other hand, during cooling operation, the refrigerant is appropriately stored in the receiver according to the indoor cooling load to prevent unnecessary increases in condensation pressure, secure the target evaporation pressure, and smartly control to reduce the amount of charged refrigerant. By improving performance according to operating conditions, a smart receiver that takes efficiency into consideration can be applied.