냉동공조, 히트펌프 기술분야에서 정확히 무슨 의미인지를 알아보기 위해 80년 이상 혁신을 주도해 온 세계 최대의 독립 냉동압축기 제조기업의 전문가인 Hermann Renz BITZER 기술개발매니저에게 의미를 들어봤다. /편집자 주
△F-가스는 무엇인가
F-가스를 사용하는 또 다른 장점은 높은 열역학 및 화학적 안정성을 갖는다는 것인데 결과적으로 냉동시스템의 내구성 확보와 유지관리가 쉬워지게 된다. 이는 냉매가 매우 다른 조건 하에서 사용되기 때문에 중요한 요인이라 할 수 있다. 또한 F-가스는 여러 다른 분야에도 적용된다.
예를 들면 스프레이의 추진제, 고전압 개폐기의 절연제, 발포제 또는 소화제로 사용되기도 한다. F-가스는 합성으로 제조된 불소화탄화수소다. 화학업계는 높은 열역학적 효율과 간단한 애플리케이션에 초점을 둬 압축 냉동시스템을 위한 냉각제로서 다양한 F-가스를 개발했다. 일반적으로 사용되는 F-가스는 비독성 및 불연성으로 안전 요구조건이 감소돼 다루기가 훨씬 용이하다.
△F-가스 규제로 무엇이 변화되는가
규제로써 지구온난화지수(GWP)가 높은 냉매의 사용량을 상당히 감소시키고 어떤 경우에는 심지어 사용을 금지하게 될 것이다. 충전량은 이제 더 이상 단일한 방식으로 계산되지 않으며 제품 충전량 및 GWP를 CO₂상당량으로 환산해 평가하게 될 것이다. 이에 따라 낮은 GWP냉매는 높은 GWP냉매보다 더 많은 양이 사용될 수 있다. 그러나 여전히 많은 F-가스들은 GWP가 높은 편이다. 이것은 냉매들의 화학적 안정성과 관계돼 있으며 장시간 대기에 남아 있을 수 있다는 것을 의미하고 있다.
△EU 규제의 측면에서 계획은
유럽연합(EU)은 매우 야심찬 시간 프레임을 설정하고 있는데 산업계는 2018년까지 F-가스 전체 사용량을 37% 줄여야 한다. 그리고 2030년까지 2015년 사용량의 21% 수준으로 줄여야 한다. 바로 이 시간 프레임이 F-가스 ‘감축 계획’으로 알려진 것이다.
또한 일반적으로 사용되고 있는 냉매 R404A는 2020년부터 많은 냉동냉장시스템에 사용이 금지되기 시작 할 것이며 3,922의 높은 GWP를 지닌 R404A는 허용 최대 지수인 2,500을 훨씬 넘어서고 있다. 이 규정은 2030년 전면적으로 시행될 때까지 우리를 바쁘게 만들 것으로 보이는데 기밀검사가 강화될 것이며 우리는 직원교육, 문서 및 관리의 엄격한 인증에 직면하게 될 것이다.
△EU가 F-가스에 더 엄격한 이유는
2007년부터 시행된 최초 F-가스 규정은 보관방법을 개선하고 최적화된 냉매회수방안을 제공함으로써 냉매방출을 감소시키는데 목적을 두고 있었다.
그러나 이 조치로 인한 잠재적인 감축수준은 EU의 야심찬 기후변화목표를 달성하기에 충분하지 않았다.
이에 따라 낮은 GWP냉매 사용은 배출 감소에 상당한 기여를 할 수 있을 것이며 또한 F-가스는 위험성이 낮다는 이유로 종종 부적절하게 사용되기도 했다. EU는 새로운 F-가스 규제에서 주기적인 기밀검사에 더해 엄격한 요구사항을 추가하기로 결정했다.
△그렇다면 미래에 사용될 냉매는 무엇인가
우리는 낮은 GWP 수치를 가지고 있는 HFO계열 냉매, HFO와 HFC 혼합냉매 그리고 자연냉매들의 중요성이 높아지고 더 자주 사용될 것으로 확고히 기대하고 있다. 예를 들어 CO₂(R744) 냉매는 매우 중요한 역할을 하고 있다.
BITZER는 15년 이상 초임계 및 아임계 적용을 위한 CO₂냉매용 압축기를 공급해 오고 있으며 현재 시장에 설치돼 좋은 평가를 받고 있다. CO₂ 냉매용 압축기의 제품 범위도 크게 확대되고 있다. 특히 슈퍼마켓 냉동냉장 시스템을 위한 좋은 대안임이 증명되고 있다.
△CO₂냉매 사용처에 한계가 있는 것 같은데
자연냉매를 포함해 어떤 냉매도 100% 최적의 품질을 가진 냉매는 없다. CO₂냉매는 에너지효율 관점에서 사실상 기후 중립인 GWP 1로 미래에 가장 중요한 냉매 중 하나임은 의심의 여지가 없다.
그러나 CO₂냉매는 높은 외기온도조건에서는 다른 냉매에 비해 불리하다. 이것은 특유의 열역학적 특성에 기인한 것으로 어떠한 냉매도 모든 운전조건을 만족시킬 수는 없다는 것을 의미한다. 예를 들어 산업용 냉각시스템과 같은 대용량시스템에서 암모니아는 기술적으로 복잡한 영역에 적용하기에 좋은 냉매 선택사양 중 하나다. 하지만 작은 냉각 용량과 충전량이 적은 시스템의 경우 프로판은 상대적으로 적은 노력으로 안전하고 효율적으로 사용할 수 있는 흥미있는 대안이다.
△특정 냉매만을 위한 압축기 설계가 필요해 보이는데
특정 냉매만을 위한 압축기 설계를 필요로 하는 것 외에도 자연냉매의 사용은 안전요구조건과 같은 요인에 의해 형성돼 적용될 수 있는 시스템 기술 역시 필요하다. 암모니아(NH₃) 냉매는 독성이 있으며 탄화수소계 냉매는 가연성이고 CO₂냉매는 특히 고압이다.
예를 들어 CO₂ 냉매와 NH₃ 냉매 적용의 경우 단지 특정운전조건에 대한 압축기 설계에 대한 것만은 아니다. 대신 전체 시스템 개념은 일반적인 F-가스시스템과 크게 달라 자연냉매 적용이 증가되면 직원의 자격과 추가 교육이 필요하게 된다.
△BITZER는 어떻게 대응하고 있는가
잘 훈련된 직원과 설비업자 및 프로젝트 기획자에 대한 필요성은 분명히 증가할 것이다. 이는 BITZER가 숙련된 전문가 부족의 새로운 문제를 해결하기 위해 구체적인 행동을 취하는 이유다. 최근 몇 년 동안 우리는 CO₂시스템에 대한 3가지 교육을 시작했다. 우리는 고객에게 브라질 상파울로, 독일 Rottenburg 및 호주 시드니에서 CO₂ 고압시스템의 이론 및 실무 교육을 제공하고 있다. 그리고 이것은 매우 인기가 있음을 증명하고 있다.
특히 Rottenburg에서만 우리는 이미 100회 이상의 교육 과정을 완료했다.
BITZER의 경우 이미 업계에서 다른 제조업체보다 경험적인 관점에서 중요한 이점을 가지고 있다. 궁극적으로 우리의 고객이 이 혜택을 받게 되는 것을 의미한다.
우리가 보유한 지식 및 전세계에서 각 고객사들에 개별적으로 기술 지원을 함으로써 좀더 나은 효율적인 시스템을 개발하는데 도움을 주고 있다. 한 가지 분명한 점은 시스템효율을 개선하는 것이 고통을 동반해서는 안된다는 것이다.
△CO2 및 NH3 압축기와 별도로 다른 대체냉매와 함께 사용할 수 있는 제품이 있는가
우리는 지속적으로 새로운 압축기를 개발하고 새로운 냉매와 함께 적용할 수 있도록 준비해 왔다. 예를 들어 반 밀폐형 왕복식 압축기의 전체 제품은 프로필렌(R1270) 및 프로판(R290) 냉매에 적용할 수 있다.
마찬가지로 다양한 컴팩트 스크류 압축기 시리즈는 이미 R290사용이 가능하다. 또한 HFO계열 냉매 및 HFO와 HFC 혼합냉매 사용에도 적합한 여러 가지 왕복동 및 스크류 압축기 시리즈를 제공하고 있다. 순수 HFO냉매는 낮은 GWP를 갖고 있기 때문에 F-가스 규제의 영향을 받지 않는다는 장점이 있다. 우리는 정책 입안자 및 냉매 제조업체 그리고 설비업체들과 꾸준히 교류해 시장변화에 잘 대응하고 있다.
이로 인해 대체냉매를 위한 압축기 설계를 지속적으로 진행하고 있다. 우리 회사의 ECOLINE(에코라인) 왕복동 압축기는 탄화수소와 프로판 및 프로필렌과 함께 사용하기 위한 특별한 디자인을 가지고 있을 뿐만 아니라 HFO 및 HFC 혼합냉매, 그리고 미래의 F-가스냉매의 새로운 후계자들과 호환될 수 있도록 설계돼 있다.