HVAC 분야의 세계적인 트렌드, VRF(Variable Refrigerant Flow) 시스템

HVAC 분야의 세계적인 트렌드, VRF(Variable Refrigerant Flow) 시스템

김병순 상무 | 공학박사, LG전자 AC사업본부 CAC사업부 연구소장

 

최근의 고유가에 따른 에너지 절약, 저탄소 녹색성장의 시대적 흐름에 따라 공조 산업은 여러 신기술을 바탕으로 급속도로 변화하고 있다. 특히 히트펌프 기술을 응용한 멀티 시스템인 VRF (Variable Refrigerant Flow) 시스템은 HVAC(Heating, Ventilation, Air Conditioning) 분야의 세계적인 핫 트렌드로 떠오르고 있다. 정부는 저탄소 녹색성장을 선언하고 향후 10년 내에 세계 일류 저탄소 국가로 도약하는 것을 목표로, 국가녹색성장위원회를 통해 녹색 성장 국가 전략 및 5개년 계획을 포함한 강력한 정책을 마련, 추진하고 있으며 특히 신성장 동력의 일환으로 히트펌프 기술을 제시하고 있다.

히트펌프 기술은 사용하지 않는 대기의 열을 작은 전기 에너지를 인가하여 사용하고자 하는 온도대의 열로 변환하는 시스템이다. VRF 시스템은 히트펌프 기술을 활용하여 외기 부하 조건에 적절히 대응하고 냉난방 기능을 효율적으로 수행하는 기술이다. 이렇게 히트펌프의 난방 에너지 절약 측면이 부각되면서 세계 HVAC 시장의 메가 트렌드 기술로 떠올랐으며, 빌딩의 멀티 공조가 가능해졌다. 특히, 우리나라와 같이 겨울철 외기 온도가 낮은 상태에서는 인버터 기술을 사용하여 압축기 속도를 높여 별도의 보조 히터 없이도 정상적인 난방 성능을 확보할 수 있다.

현재 공조 시장은 일본, 유럽, 중국에서 통용되는 VRF 시스템과 북미, 유럽 일부에서 사용하는 Chiller 시스템, 북미 시장의 전통적인 덕트 시스템 형태가 BMS(빌딩 통합 관리 시스템)와 통합하여 경쟁이 진행 중이다. 그 중에서 VRF 시스템은 중소형 상업용 빌딩 시장을 중심으로 급속히 성장하고 있다. 일본의 경우 중소형 건물의 50%, 대형 건물의 33%를 VRF 시스템이 차지하고 있으며, 한국도 지난 5년간 급속도로 보급되어 단일 국가로는 중국, 일본에 이어 세계 3대 VRF 시스템 시장으로 조사되었다.(BSRIA, 2009)

VRF 시스템의 장점은 냉난방 설계가 용이하며, 장비 추가 및 확장성의 편리, 설치 시 가격 절감과 공사기간이 짧고, 건축물 리모델링에도 적합하다는 점, 높은 에너지 효율성과 쾌적성, 시운전 및 유지 보수가 편리하다는 점 등이 있다. 한 대의 실외기에 1~3대의 압축기가 장착되어 용량 가변 범위가 넓고 인버터 압축기를 적용하여 실내 부하에 따른 정교한 제어가 가능하며 냉난방이 필요한 지점에만 선택 운전이 가능하고, 임대 건물의 경우 사용전력량 분배도 용이하여, 개별 사용자에 요금 부가를 통한 에너지 절감 유도 효과도 크다.

정부는 2008년 8월 15일 ‘제 63주년 광복절 및 대한민국 건국 60주년 경축식’기념사에서 다음 60년의 비전으로 새로운 국가 경제 모델인 ‘저탄소 녹색성장’을 제시했다. 녹색성장은 온실 가스와 환경오염을 줄이는 지속 가능한 성장을 뜻한다. 저탄소 녹색 성장을 위해서 아래의 3가지로 히트펌프 기술을 보다 광범위하게 확대할 것을 제안한다.

첫 번째는 에너지 절약형 고효율 VRF 시스템으로 대형 건물까지 적용을 확대하는 것이다. 고효율 VRF 시스템으로 냉난방을 하면 기존 전기식 냉난방기 대비 64.8%의 연간 에너지 사용량을 절감할 수 있다. 또한, 고유가와 직접 연동되는 화석 연료 및 LNG 가스 등을 사용하지 않으므로 경제적이면서 친환경적인 에너지를 사용할 수 있다.

두 번째는 신재생 에너지 중에서 투입 비용 당 에너지 회수율이 가장 높은 지중열원을 확대 적용하는 것이다. 지중 열원을 이용한 VRF 시스템을 적용하면 공기열원 대비 지중의 일정한 열원을 활용하여 안정된 냉난방 성능을 확보할 수 있다. 냉방 5.0, 난방 5.2의 높은 에너지 소비 효율로 연중 일정하게 운전이 가능하기 때문이다.

세 번째는 바닥 난방/온수 공급을 히트펌프로 활용하기 위한 기술 개발이 필요하다. 유럽에서는 고효율 히트펌프를 무한의 태양 에너지 열원(공기, 물, 토양 등)을 이용하는 신재생 에너지 항목으로 포함하여 보급을 확대 중이며, 고효율 히트펌프를 활용한 급탕/온수 공급 시스템으로까지 확대가 활발히 이루어지고 있다. 보일러 대신 히트펌프를 설치하면 정부가 총 제품 구입가의 50%를 Cash Back(보조금) 해주는 제도가 있다. 이는 보일러를 가동할 때 보다 에너지 효율이 네 배 정도 높다는 이유이다.

향후 HVAC 산업은 중앙 공조와 VRF 시스템(히트펌프)의 병용 설계(보일러, 냉각탑 등), 에너지원의 다양한 복합 설계(지역난방, 지열, 태양열 등)로 하이브리드 공조 시스템 개념이 더욱 발전될 것이다. 이제 VRF 시스템은 단순한 제품 개념을 넘어 건축 초기의 하이브리드 시스템 최적 제안, 친환경 및 에너지 절약 설계, 첨단 인텔리전트 빌딩 제어, 홈네트워크를 통한 유비쿼터스로 융합/발전할 것이며 그 진화의 속도는 향후 2~3년 후 기존 100년의 공조 역사를 뛰어넘는 속도로 발전할 것이다.