에어컨 냉매 부족시 셀프 보충하기(이론공부)

에어컨 냉매를 스스로 교체하는 것에 도전해 보고자 합니다. 요즘은 블로거나 유튜버들이 많아서 영상 하나 보면서 따라하면 되겠지 라고 생각했는데 생각보다 여러개를 봐야했고 헷갈리는 부분이 많아서 영상 하나로는 안 될 것 같아서 나중에 주문해놓은 "R410A 냉매+매니폴드밸브" 가 오면 스스로 보고 할 수 있는 매뉴얼이 필요해서 글을 적어 봅니다.(제가 에어컨 전문가는 아니어서 틀린 내용이 있을 수도 있습니다. 저처럼 에어컨 오래 사용해서 고장나도 별 상관 없는 분만 따라서 도전하시길 바랍니다^^)

□ 에어컨 상태 및 자가 보충 이유

에어컨이 시원한 바람이 나오지 않아서 에어컨 냉매를 보충하면 1년(여름철)은 사용이 가능합니다. 벌써 4년째 냉매만 교체 or 보충 중이에요. 오시는 기사님들마다 하시는 말씀은 대부분 비슷합니다.

가. 에어컨 실외기에 압력을 볼 수 있는 게이지를 걸어놓고 한 5~10분 정도를 보시고는 게이지상으로는 누설이 안 보이지만 매립배관에서 미세누설이 있는 것 같다. 우리는 매립배관 전문이 아니어서 냉매만 보충해 주겠다. R410 냉매는 전체 교체를 해야하기 때문에 비용은 10~15만원이다(이건 3번의 가격 범위 입니다)

나. 에어컨 실외기 자체에서 미세누설이 있을 수 있다. 그런데 이건 오래된 모델이라 부품이 단종되서 호환되는 모델이 없다. 냉매만 보충해주겠다.

계산해보니까 이런저런 이유로 벌써 냉매보충만 4년동안 40만원 정도가 소모되었네요. 1~3번째는 사설기사님을 통해서 보충했고 4번째는 삼성전자 에어컨 사전점검(보통 3~4월에 시행) 서비스 신청해서 무료로 냉매보충을 받았습니다. 그래서 5번째인 올해도 신청하려고 했는데 깜박하고 못했네요. 인터넷 검색결과 사전점검 기간이 아니면 삼성전자서비스 센터도 10만원 정도 비용을 받는 것 같습니다. 냉매 문제가 지속된다면 꼭! 미리미리 3월부터 사전점검 서비스 신청해서 무료로 냉매보충 받으세요.

그래서 올해는 어차피 비용을 써야하는데 스스로 보충해보자는 생각을 해봅니다. 우리집 에어컨이야 10년이상 사용해서 고장나도 상관없다는 생각도 있고 냉매교체는 진공을 잡아야하지만 냉매 보충은 굳이 진공잡지 않고도 가능하다고 해서 도전해봅니다.

□ 냉매 및 필요도구 정리

●  냉매

에어컨 사용 냉매는 실외기 명판에 아래 사진처럼 나와있습니다. R410A라는 냉매이고 실외기에서 실내기까지 매입배관 길이가 5m 정도된다면 냉매 1.08kg을 넣으라고 적혀있습니다.

 

○ R410은 보충하면 안되고 다 빼고 진공잡고 무게재서 넣어야 한다? → 그냥 보충하자

참조한 글마다 다른데 r410은 보충해도 된다와 안된다로 나뉩니다. 위에 사진에도 기준봉입량이 1.08kg으로 무게로 나와있습니다. 그럼 보충 하면 안된다는 이유를 보면 혼합 냉매이기 때문에 냉매가 날아갔다면 냉매비율이 틀어져서 냉각기능이 약해진다고들 합니다.

챗gpt에 물어보면 r410냉매는 R-32(Difluoromethane), R-125(Pentafluoroethane) 라는 2개의 냉매가 정확히 절반인 50%씩 혼합되어 있는 혼합가스입니다. 그리고 두 냉매의 기화(액체에서 기체로 변하는) 온도는 각각 -51.7도, -48.5도 입니다. 상온에서 둘다 기체 상태라는 말입니다. 물론 두 기체중에 R125가 R32보다 두배정도 더 무겁다고 합니다. 그래서 오랜 시간동안 정체되고 밀폐된 공간에 있다면 R125가 아래에 있을 수 있을 겁니다. 하지만 애초에 잘 섞이는 혼합가스이기 때문에 에어컨 배관에서 누설이 일어난다면 다시 잘 섞여서 같은 비율을 그대로 유지한 채로 빠졌을 겁니다. 공기도 혼합기체여서 공기중에 질소,산소,이산화탄소 등이 혼합되어 있지만 무거운 질소가 아래에만 있지 않고 각 기체들이 잘 섞여있는 것과 동일한 원리라고 저 혼자 결론 냅니다. 즉 결론은 보충해도 된다로 스스로 결론 내렸습니다.(전문가가 아니니 그냥 개인 의견으로 봐주시면 됩니다)

 

○ 냉매는 섞으면 안된다? → 섞으면 안된다.

주로 사용하는 냉매가 R22라는 단일 냉매와 제가 사용하는 R410A(R32+R125)라는 혼합 냉매입니다. 가정용 기준으로 냉매가스를 검색하면 두 냉매를 가장 많이 파는거 같은데요 R22냉매가 들어가 있는데 R410 냉매를 잘 못 구매했다면 그냥 써도 될까? 이걸 알아보려면 이것저것 기초지식이 있어야 합니다.(저도 단순히 AI랑 인터넷 검색으로 공부한 거라 틀렸다고 생각하신다면 순순히 인정하겠습니다.)또 챗 GPT에게 물어봅니다. 두 냉매의 온도별 포화압력을 알려줘라고 하면 여러 온도별 테이블을 보여주는데 전체적으로 R410A가 2~3배정도 포화 압력이 높습니다. 포화 압력이란건 기체에서 액체로 or 액체에서 기체로 상변화 하는 기준 압력이라고 일단 생각해 볼게요. 동일 압력에서 온도가 낮으면 액체가 되고 온도가 높으면 기체가 됩니다. 그럼 동일 온도에서는 압력이 높으면 액체가되고 압력이 낮으면 기체가 됩니다.

ㅇ 온도가 낮고 압력이 높으면 : 액체로 가려고 한다

ㅇ 온도가 높고 압력이 낮으면 : 기체로 가려고 한다.

위처럼에 상변화가 일어날때 냉매는 독특한 특징이 있습니다. 이게 에어컨의 핵심이기도 한데요

ㅇ 기체 → 액체로 변할때(= 실외기 열교환) : 열을 방출한다.

ㅇ 액체 → 기체로 변할때(= 실내기 열교환): 열을 흡수한다.

여기서 에어컨의 동작원리를 추가로 알아야 이해가 됩니다. 위에서 알아본 온도와 압력에 따라 상변화 되는 걸 기억하고 아래 그림을 보면서 알아보겠습니다. 일단 왼쪽 실외기 쪽 검정 라인(액체)과 오른쪽 실내기 쪽 하얀 라인(기체)은 연결된 Loop 구조이고 이 루프 안에 냉매가 순환하고 있습니다. 냉매가 지나가는 배관 중에 구불구불하게 표기된 곳은 열 교환이 일어나는 곳입니다. 이제 순서대로 무슨 일이 일어나고 있는지 볼게요.

 

구분	명칭	동작원리
4	압축기	실내기에서 열 교환도 어 고온의 냉매를 압축시켜서 고압으로 만들어 줍니다. (압력이 올라가니까 액화가 쉬워짐)
1	실외기 (열교환)	실외기에서 냉매가 열 교환하면서 액화가 된다. 냉매는 액화될 때 온도가 상승함. 그래서 실외기 팬은 선풍기처럼 주변 온도가 아닌 더 높은 온도의 바람이 나오게 됨.
2	팽창밸브	팽창밸브는 10차선 도로를 1차선으로 줄였다가 다시 10차선으로 늘리는 역할을 합니다. 팽창밸브 전단은 10차선에서 1차선으로 줄어드니까 냉매가 쌓이게 되어 압력이 올라가고 팽창밸브 후단은 1차선이 다시 10차선으로 늘어나니까 냉매량 대비 공간이 넓어져서 압력이 줄어듭니다. 팽창밸브는 실내기 쪽으로 압력을 줄이는 역할을 합니다. (압력이 낮아지니까 기화가 더 쉬워짐)
3	실내기 (열교환)	액체에 가까웠던 냉매가 실내의 높은 온도와 열 교환을 하면서 기화가 된다. 냉매가 기화될 때는 온도가 낮아짐

 

 

에어컨 동작원리 / 출처:  https://news.samsungdisplay.com/15729

 

이제 진짜 생각해 보려고 했던 다른 종류 냉매를 섞는 상황에 대해서 고민해 볼게요. 이게 맞는지는 모르겠고 그냥 여기서도 그냥 제 상상력으로 몇 가지 가정 및 추정을 합니다. 일단 냉매는 R22 50%, R410A 50%로 절반씩 냉매가 섞였다는 가정을 합니다. 가정은 2가지 상황을 가정해 봅니다.

가정 1) 팽창밸브와 압축기는 각 냉매에 맞도록 정해진 압력으로 냉매를 압축하거나 팽창시킨다는 가정입니다.

; 들어오는 압력이 어찌 되든 간에 압축기를 거치게 되면 일정하게 정해진 30kg/cm2라는 압력이 되게 압축하고 팽창밸브를 거치면 10kg/cm2 압력이 되도록 압력을 낮춘다고 가정

; R410 용 에어컨에 냉매가 섞였다고 가정

; R410 에어컨은 예를 들어 위 온도 압력 테이블에서처럼 20도에서 19.04kg/cm2이라는 압력에서 상변화를 한다. 그럼 압축기를 거쳐 30kg가 되면서 액화되려고 하고 팽창밸브를 거치면 10kg가 되니까 기화되려고 한다.

; 이때 r22와 절반이 섞였다면 r22는 20도에서 7kg/cm2에서 상변화하는데 팽창밸브를 거쳐서 제일 낮은 압력이 10kg니까 그냥 계속 액화 상태에서 상변화를 하지 않는다. 냉매는 상변화하면서 주변 온도를 떨어뜨리거나 올리는데 상변화하지 않는 r22는 그냥 무용지물이다. 그래서 50%인 r410 만 일하고 있다.

(만약 R22 용 에어컨에 R410 냉매가 섞였으면 R410은 낮은 압력 때문에 항상 기화되어 있어 과냉각을 하거나 아니면 기화되면서 부피가 팽창해서 밀폐된 에어컨 냉매배관에서 과압이 될 수도 있을 거란 상상)

 

가정 2) 위 1) 과는 다르게 팽창밸브와 압축기는 들어오는 압력을 정해진 차압만큼 압축/팽창한다고 가정

; 20KG/CM2이란 압력이 들어오면 정해진 차압(10KG만큼) 올리거나 내린다고 가정

; 20도에서 R22는 7KG, R410은 19KG 정도에서 상변화함. 그래서 두 냉매를 섞은 평상시 압력을 13KG로 맞춰서 냉매를 주입했다고 가정

; 그럼 13KG가 압축기를 거쳐 정해진 차압(10) 만큼 올라가면 23KG가 되고 팽창밸브를 거치면 정해진 차압(10) 만큼 줄어드니까 3KG가 됨.

; 그럼 일단 두 냉매 모두 상변화를 일으킴. 그래서 에어컨이 동작을 할 거라고 추정됨

; 하지만 압력 차이가 크면 클 수록 상변화하는 양이 많아서 효율이 올라갈 건데 이렇게 되면 두 냉매 모두 효율이 떨어지면서 일을 하고 있을 거임.

; 가정 2는 일을 하긴 하지만 효율이 떨어질 거라고 생각됨

 

결론

; 냉매는 섞으면 하나는 일을 아예 안 하거나 효율이 떨어질 수 있음.

; 그리고 나 같은 개인은 나한테 맞는 에어컨 냉매를 사지 굳이 왜 다른 냉매를 살 이유가 있을까?(모르고 잘 못 사면 그럴 수도 있겠네. 실외기 명판 보고 사자)

 

●  필요 도구(장갑, 몽키스패너, 매니폴드)

장갑이랑, 몽키스패너는 다들 잘 아실 것 같아 넘어가고 매니폴드에 대해서만 좀 더 정리해 볼게요. 이건 그냥 에어컨 냉매 매니폴드라고 검색하면 나옵니다. 주의할 건 R22(1/4인치)랑 R410(5/16인치)은 커넥터 사이즈가 다릅니다. 자신의 냉매에 맞는 매니폴드를 검색해서 사면 됩니다. 아래 사진처럼 생겼습니다. 오른쪽 아래 보면 1/4인치를 5/16인치로 바꿔주는 어댑터도 같이 주네요. 그럼 이걸로 R22, R410 모두 사용 가능하겠죠.

 

 

 

조금 더 사용방법에 대해 정리해 볼게요.

파란색(저압용) 왼쪽: 실외기 저압 측 서비스 밸브에 설치

노란색(냉매가스용) 가운데

빨간색(고압용) 오른쪽 : 냉매 보충할 때는 불필요

호스의 직선 부는 매니폴드 밸브에 연결하고 반대쪽에 꺾인 부분은 가스통이나 실외기 서비스 밸브에 연결한다.(절대로 바뀌면 안 된다)

 

 

 

□ 냉매 보충 방법 정리

※ 동상 방지용 장갑 착용 필수. 호스 연결 부위는 냉매가 누설될 수 있으니 얼굴도 가까이하지 말자

●  매니폴드 밸브를 잠그고 호스의 직선 부를 선색별로 매니폴드 밸브에 연결한다.

; 밸브는 오른나사의 법칙을 적용해서 파란색은 내 앞쪽으로 돌려야 잠기고 빨간색은 뒤로 돌려야 잠긴다.

●  보충할 때는 빨간색은 안 쓴다. 호스의 꺾인 부위를 노란색은 가스통에 파란색은 실외기 저압용 서비스 밸브에 연결한다.

●  에어컨을 기동해서 동작시킨다.

●  매니폴드 밸브의 파란색 밸브를 아주 살짝만 열어서 저압 측 현재 압력을 확인한다.( 아직 냉매 가스통의 밸브를 열지 않았기 때문에 냉매는 들어가지 않고 있다.) 실외기에 보면 실외-실내 온도에 따라 저압 측 압력이 나와있다. 정상 압력보다 낮은지를 확인하는 단계이다.

ex) 현재 실외 30도 실내 27도라고 하면 저압 측 게이지가 0.92mpa보다 낮다면 냉매를 보충해 준다.

※ 항상 단위 확인을 잘해야 한다. 아래 그림은 mpa 단위니까 kg/cm2으로 바꾸려면 10.2를 곱해줘야 한다. kg/cm2을 psi 단위로 환산하려면 14.22를 곱해준다.

 

●  이 상태에서 온도계가 있다면 실내기 바람 나오는 곳의 온도가 몇 도인지 측정한다. 없다면 이 단계는 패스한다.

 

●  이제 냉매 가스통에 붙어있는 밸브를 조금씩 열고 닫으면서(아니면 냉매 가스통 밸브는 많이 열고 매니폴드 파란색 저압 밸브를 조금씩 열고 닫으면서) 매니폴드 밸브 저압 측 게이지의 압력이 올라가는지 확인한다. 냉매 순환 과정이 필요해서 1~2분 정도씩 기다리면서 원하는 압력을 맞춰준다.

ex) 실외 온도 30도 실내 온도 27도여서 0.92 mpa = 9.384 kg/cm2 = 133.44 psi의 압력을 맞춰주려고 하는데 냉매 부족으로 현재 압력이 3 kg/cm2이라면 4~5kg/cm2까지 올리고 1~2분 정도 기다려서 압력 변화가 없다면 실내기 출구 온도가 떨어졌는지 확인 한 번 하고 다시 냉매 가스통 밸브를 열어서 압력을 더 올려주고 실내기 출구 온도 측정하고 이런 단계를 반복해서 원하는 압력을 맞춰준다. 바로 원하는 압력인 9.384kg/cm2까지 올리면 에어컨 동작의 냉매 순환과정에서 고압이 될 수 있다.

※ 혼합 가스인 r410 가스는 혼합비가 깨지지 않게 냉매 통을 뒤집어서 액체 상태로 넣으라고 되어있는데 위에서도 한번 공부해 봤지만 혼합 가스는 알아서 잘 혼합되어 있기 때문에 굳이 뒤집을 필요는 없다고 스스로 혼자 결론낸다.(이건 실제로 한번 넣어보고 생각해 보겠습니다.)

 

●  저는 처음이라 위에 테이블 보다 0.1 mpa = 1.02 kg/cm2 = 14.5 psi 정도를 압력을 낮게 하고 실내기 출구 온도가 18도 정도 나오면 그 상태에서 더 이상 냉매를 안 채우려 합니다.(에어컨이 오래돼서 혹시 과압으로 인해 문제 생길까 봐 이기도 하고 어차피 실내 온도를 24도보다 낮게 설정하지 않을 거라 에어컨에서 18도 정도만 나와도 충분합니다.)

 

ㅇ 원하는 냉매가 보충이 되었다면 모든 밸브를 다 닫아줍니다. 그리고 매니폴드 밸브 쪽에 연결된 호스의 피팅을 살짝 풀고 호스를 흔들어서 호스 내부에 냉매를 빼줍니다. 이때 누설되는 냉매에 의한 동상 방지를 위해 장갑을 착용해 줍니다.

 

□ 마무리

혹시 글 보시고 냉매 정도는 교체 가능하다고 생각이 드시나요? 저는 냉매 문제가 4년째 동일해서 냉매를 보충하지만 원인이 다른 문제 일 수 있으니 본인 스스로 잘 판단해 보시길 바랍니다. 위에서도 잠깐 이야기했지만 3월 초에 삼성전자 사전점검 서비스는 신청하면 점검도 해주고 냉매 보충도 무료이니 그걸 활용해 보시길 강력 추천드립니다.(저는 1번밖에 신청 못했지만 냉매 보충도 무료였어요. 출장비는 작년인데도 가물가물하지만 안 받았던 걸로 기억이 납니다 )

그리고 참고로 비용은 냉매랑 매니폴드 밸브 합쳐서 5만 7천 원이 들었습니다. 제 노동비는 일단 무료로 계산했습니다. 오늘 보니 5만 2천 원이네요....!!!! 가격이 자주 바뀌니까 r410 냉매라고 직접 검색해 보고 구매하시면 될 듯합니다. 사진만 첨부해놓을게요.(참고로 이건 밸브가 1개만 있습니다. 냉매 보충 시에는 저압으로만 넣으면 되니까 저는 그냥 이걸로 구매했습니다.)

다음에 냉매가 도착하면(구매한지 1주가 지났는데도 상품 준비 중이네요....) 실전 편으로 다시 작성해 볼게요.

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[다음글]

https://alldig0001.tistory.com/49

에어컨 냉매 자가 보충하기(실전편)

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[참고 자료]

https://news.samsungdisplay.com/15729

무더운 공기를 시원하게 바꾸는, 냉방 기술의 원리!