흡수식 시장 동향 및 개발 현황
흡수식 시장 동향 및 개발 현황
  • 승인 2006.09.27
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냉동공조시장 주도권 확보위해
지속적인 고효율 기기 개발 나서야
산업의 발달과 생활환경의 향상으로 인해 계절별 실내 환경에 대한 관심이 점차 높아지고 있으며 이에 따른 냉난방 에너지 소비량도 급증하고 있다. 여름철 냉방 에너지의 수요는 지속적으로 증가하고 있으며 이러한 추세는 향후에도 지속될 것으로 예상된다. 냉방에너지의 증가는 전력수요의 증가로 이어져 하절기 전력예비율의 저하 및 계절 간 전력-가스간의 격차의 증대현상으로 나타난다.

최근들어 전력-가스간 격차율의 증대현상에 대한 대안으로서 여름철 가스이용 냉방기기에 대한 정책의 효율적인 운영과 방안 및 지원제도의 설립이 추진되고 있다. 현재까지 보고 된 바에 따르면 국내 전기 냉방기기의 보급비율은 보급 대수를 기준으로 하여 5RT 미만 대 5RT 이상의 비율이 약 99.7%:0.3% 정도로 소용량 냉방기기의 보급대수가 절대 다수를 차지하며 국내 전기와 가스 냉방기기 보급비율은 냉방용량을 기준으로 해 약 93.5%:6.5%로 예측된다. 가스 냉방기기의 대부분을 차지하는 흡수식과 GHP시스템의 보급 비율은 전체 냉방 용량 대비 각각 약 4.8%, 1.7%정도로 낮게 조사됐다.

전기 냉방시장의 약 60%이상을 차지하는 소형 냉방기기의 보급은 전력 부하 상승의 큰 요인이 되고 있으나 이에 대한 대체기기의 보급은 미미한 실정이다. 앞서 언급한 바와 같이 이러한 국내의 냉방부하 및 그 패턴에 대한 분석을 통하여 가스 이용 냉방기기에 대한 정책지원의 방안 및 운영이 현재 조사되고 분석이 진행 중이다.

그러나 이러한 정책 및 방안에 앞서 가스 이용 냉방기기의 효율의 향상이 선행되어야 한다. 현재까지 국내 가스이용 냉방기기 중 흡수식 냉동기의 효율은 COP 1.0수준에 머무르고 있으며 최근 들어 에너지이용합리화 방안에 따르는 고효율 기기의 필요성의 대두와 국내외 냉방시장의 치열한 경쟁 속에서 고효율 기기에 대한 인식의 전환이 대두되고 있으나 국내 시장은 아직까지 고효율 기기에 대한 초기투자비의 증대를 염두에 두어 고효율 기기의 이용에 따른 에너지 절감 및 경제성효과에 대하여는 관심의 제한을 두고 있는 실정이다.



● 고효율 흡수식 냉동기 현황

1980년대부터 산업경제의 성장과 더불어 우리나라의 냉동공조산업은 비약적인 발전을 해왔다. 정부의 적극적인 개발주도와 건설경기의 상승세는 냉동공조 산업의 발전에 중요한 기반이 되었으나 양적인 성장과정 속에 선진기술 도입 및 핵심기술개발의 미비로 냉동공조산업의 질적인 성장은 현재 이뤄지지 못했고 최근 들어서 이러한 기술개발 및 고효율 기기에 대한 개발의 시도와 도입이 재검토되고 있다.

불과 몇 년 전만해도 미국 및 일본을 주축으로 하는 냉동공조산업은 현재 낮은 원가와 값싼 원재료를 기반으로 한 중국의 가세로 산업 및 시장의 중심이 점차 중국으로 이동되고 있으며 이러한 움직임은 세계적으로 각사의 중국 내 신규 공장의 설립과 인프라의 설립 및 확충으로 이어져 그 폭을 점차 넓혀나가고 있는 추세다.

양적인 팽창 속에서 다소 그 신뢰성과 기술력이 낮게 평가되던 과거 중국 자국내 기업들도 신규 인력확보 및 연구개발에 대한 막대한 투자를 바탕으로 기술적인 측면에서도 그 격차를 점차 좁혀나가고 있다. 최근의 중국내 냉동공조산업의 적극적인 시장진출과 무역의 자유화로 인해 국내에서도 과도한 경쟁이 불가피하다.

따라서 무한 경쟁 속에서 국내기업이 생존하고 향후 냉동공조시장의 주도권을 갖기 위해 고효율 기기에 대한 지속적인 연구개발과 투자가 뒷받침돼야 하며 고효율 기기에 대한 재평가와 이에 대한 인식의 전환이 절실히 필요하다.

신성·히타치 제휴, 최고 효율 흡수식 개발 완료
판열열교환기·2단 흡수·증발구조, COP 향상



● 고효율 흡수식 냉동기의 소개

국내 흡수식 시장의 경우 고효율 흡수식 냉동기의 기술개발에 성공해 시장에 고효율 기기로서 제품을 선보인 회사는 한 개 회사 정도이다. 이외의 회사들의 경우 현재 고효율 기기와 원가절감 모델에 대한 기술개발을 동시에 진행하고 있는 것으로 알려지고 있다. 현재 중국의 경우 국내기기 대비 효율이 약 25% 향상된 모델을, 일본의 경우 약 35% 향상된 모델을 이미 시장에 선보이고 있으며 국책과제로서 약 65% 향상된 모델을 준비하고 있다고 발표했다. 현재 국책과제는 완료됐고 그 기술을 바탕으로 참여한 회사들이 각사의 독자모델을 시장에 선보이고 있다. 이런 주변국들의 기기 효율향상은 점차 국내시장 및 해외시장을 잠식하고 있는 실정이다.

신성엔지니어링도 최근 일본 히타치사와 기술제휴를 통해 국내 최고의 효율을 자랑하는 고효율 흡수식 냉동기의 기술개발을 완료했다.



● 흡수식 기술 향상을 위해

흡수식 냉동기의 효율 향상에 있어 전열관 및 그 배열분포는 매우 큰 비중을 차지한다. 과거 사용된 Bare tube에서 진보해 Finned tube 및 강화 열전달효과를 가미한 촉진관 등 다양한 tube들이 현재 개발되고 적용되고 있다. 신성에서 개발된 고효율 흡수식 냉동기에서는 기존에 일반적으로 사용되는 19mm 전열관 대신 소구경의 전열 촉진관을 채용함으로써 전열면적을 증대하였고 전열관의 배열분포도 기존 사용하는 균등간격 분포를 벗어나 비균등 분포를 채용함으로써 냉매 증기의 유로를 확보해 압력강하의 감소 및 원활한 물질 이동의 효과를 얻었으며 소구경 전열관의 채용을 통해 소형화를 이뤘다.

최근 들어 흡수식 냉동기의 용액열교환기로서 각사들은 판형 열교환기를 채용하고 있다. 이러한 판형 열교환기는 기존의 열교환기에 비하여 전열 성능을 향상되었고 초기 적용된 판형열교환기에서의 신뢰성도 확보되어 고효율기기의 사용에는 일반화된 기술로 적용이 되고 있다. 신성에서는 용액 열교환기로서 용접식 판형 열교환기를 채용했으며 이는 상용품으로 사용되는 브레이징 방식의 판형에 비해 그 신뢰도가 증대됐으며 성능향상부분에 있어서도 이러한 판형열교환기의 적용은 기존 냉동기에 비해 약 COP 0.12의 전열효율의 개선효과가 있는 것으로 나타나고 있다. 또한 열교환기를 근접 배열함으로서 배관내의 압력손실의 감소 및 유로의 간소화를 이뤘다.

고온재생기 및 연소부에 있어서 주목할 만한 부분은 연소로의 컴팩트화 및 전열관의 배치와 열전달을 통한 배기가스에서의 NOx의 비율을 크게 감소한 것이라 할 수 있다. 고온재생기는 흡수식 냉동기 개발이후 그 형상의 변화가 없는 상태로 수 십년간 지속돼 왔다. 이러한 형상의 변화가 더딘 이유는 개발의 미중요성이라기 보다는 연소로의 해석과 연관된 재료의 물성 및 이상유동 혼합유체에 대한 해석의 난이함으로 풀이된다. 신성에서는 최근 이러한 고온재생기 및 연소부에 있어서 면상화염 버너를 채용함으로서 연소 화염의 길이를 대폭적으로 감소했다. 이러한 연소 화염길이의 감소는 기존 건타입 버너를 연소에 적용할 경우 약 2,000kw/㎡~2,500kw/㎡의 열유속을 유지하기 위해 필요한 연소공간을 개선, 열유속을 기존버너에 비하여 10배 이상으로 유지하여도 화염길이는 200mm 이내에서 운전이 가능하도록 하는 면상화염을 적용함으로서 기존대비 연소로 크기가 약 1/3로 축소됐다. 또한 열유속의 증대에 따라 기존버너에서는 연소 시 발생되는 유해물질이 증대하여 환경문제를 유발했으나 신성의 고효율 냉동기에서는 고온재생기내 전열관의 분포를 통한 화염의 혼합 촉진과 CO 산화 반응속도의 향상을 위한 연소공간의 배치 및 연소부의 연소경계층 이용을 통하여 Thermal NOx 의 배출을 대폭 감소하였다. 또한 연소부의 전면에 편평관식 전열관을 적용함으로서 전열관내 혼합유체의 이상유동의 2차원 흐름을 통한 냉매증기의 발생량을 증대시켜 연소에 따른 고온재생기의 효율을 향상했다.

신성의 고효율 흡수식 냉동기는 효율의 향상을 위해 흡수기 및 증발기에서 2단 흡수, 2단 증발구조를 적용했다. 2단 흡수/증발 시스템은 증발기 및 흡수기를 2단으로 분리하여 각 단에서 냉매 및 용액을 산포함으로서 운전 사이클에서 용액의 농도폭을 증가할 수 있으며 이는 용액 순환량의 감소 및 입열량의 감소를 통해 기존대비 약 0.04의 COP 향상을 가능하게 했다. 또한 불응축가스의 배출을 위해 이젝터 및 제트발생기를 추가 장착한 추기시스템을 각 단에 적용함으로서 냉동기 내부에서 발생되는 불응축 가스에 의한 기기 성능저하를 예방하였고 기기의 신뢰성의 증대를 이루었다. 추가적으로 일정공간에 저장된 불응축 가스는 수이젝터 방식의 자동추기 시스템을 도입함으로서 자동배출이 용이하도록 설계되었다.

2단 흡수/증발 시스템의 냉수 및 냉각수 순환계통에는 대온도차 시스템이 적용되었다. 대온도차 시스템을 적용함으로서 냉수의 경우 기존 7℃, 12℃의 입/출구 조건으로 공조기측으로 공급되는 온도조건에 비하여 온도차가 큰 7℃, 15℃의 대온도차 시스템을 사용해 냉수 및 냉각수 순환계통의 이송동력을 절감하는 효과를 얻을 수 있었다. 또한 내부 사이클을 감시해 유량 제어용 인버터에 신호를 출력함으로서 부분부하시 설비측 펌프동력을 최대 80% 절감 할 수 있는 냉각수 변유량 시스템을 도입했다.

이외에도 고효율 흡수식 냉동기에는 배기가스의 폐열원을 이용한 배기가스 열회수 장치를 장착하였으며, 응축냉매의 버려지는 열을 회수하는 장치를 통하여 각부에서의 열손실을 방지하고 제품의 효율을 향상시켰다.



● 고효율 흡수식 냉동기 경제성

국내 고효율 흡수식 냉동기의 개발과 보급에 있어 2006년 3월 (주)신성엔지니어링에서는 일본 히타치와 고효율 흡수식 냉동기 및 고효율 터보냉동기의 기술제휴를 통해 국내에 보다 앞선 기술이 접목된 냉동기를 공급하고 있다. 기술제휴를 통해 흡수식냉동기의 경우 국내 COP 1.0수준의 냉동기에서 가격경쟁을 해오던 업체의 판도를 COP 1.35의 고효율 제품을 출시함으로서 새로운 변화를 예상하고 있다. 고효율 흡수식 냉동기의 사용은 전력대체 가스냉방 이용기기일 뿐 아니라 고효율 제품의 사용에 따른 경제적인 에너지 절감에 있어서도 그 효과를 나타낸다.

표 1을 기초로 해 작성된 표2는 각 년도별 흡수식 냉동기를 사용할 경우 COP 1.0과 비교한 COP증가에 따른 가스 이용 에너지 절감량(N㎥)과 절감금액을 나타낸 것이다. 표2에 따르면 COP 1.35의 고효율 제품을 이용할 경우 2010년 까지 기존 COP 1.0 모델에 비해 약 900억 이상의 에너지비용을 감축할 수 있다. 이는 단순히 가스사용비용에 대한 비용의 절감만을 나타낸 것이며, 전력대체에 따른 발전소 및 송변전소 투자비용의 감소와 부대비용의 절감을 감안하여 제 2차 장기 전력수급 기본계획에 설정된 가스냉방 보급목표를 달성할 경우 2017년 까지 3조4,000억원의 편익이 발생하는 것으로 분석된다.



● 맺는말

지금까지 점차 심화되어 가고 있는 냉방수요의 급증으로 인한 하절기 전력수요의 고부하율의 대안으로서 정책적으로 제시되고 있는 가스냉방 기기활용 중에서 고효율 흡수식 냉동기의 간략한 현황과 소개 및 고효율 기기의 경제성에 대하여 기술하였다. 현재 각계에서는 이러한 고효율 기기에 대한 필요성과 중요성을 인식하고 있으며, 그 활용방안에 대하여 적극 검토하고 있다. 이러한 제도적 차원의 보완과 더불어 치열한 가격 경쟁 속에서 고효율기기에 대한 소비자의 인식전환이 절실히 필요한 시점이라고 생각된다.

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