유기출 하니웰 이사는 ‘히트펌프얼라이언스 정기세미나’에서 ‘히트펌프용 신냉매 적용 동향’

발표를 통해 F-Gas 관련 국내외 냉매규제 진행상황과 HFC 대안 냉매 포트폴리오, 냉매 선

정 시 고려사항 등에 대해서 소개했다.

유기출 이사는 “글로벌 냉매 (HCFC, HFC) 규제 로드맵에 따르면 한국은 HCFC 냉매까지 단계적 감축 스케줄이 잡혀 있어 매년 6~7% 수준으로 감축이 진행되고 있으며 또 HFC 냉매도 2024년부터 동결이 시작되면서 규제가 본격 시작될 예정”이라며 “현재 차세대 냉매로는 HFOs와 CO2 같은 자연냉매(Natural Gas)가 제시되어 산업 전반에서 도입되고 있다”고 강조했다.

이어 유 이사는 “실제로 칠러의 경우 저압 칠러는 R123 냉매를, 고압 칠러는 R134a를 많이 쓰는데 R123 냉매를 사용하는 저압 칠러는 이미 다국적 회사에서 HFO냉매인 1234ze로 전환해 공급 중이며 최근 국내에서도 첫 적용사례가 나와 HFO 냉매로의 전환이 빠르게 증가할 것”이라고 전망했다.

몬트리올 의정서에 따른 한국을 포함한 AR5 국가의 HCFC 감축 계획은 2013년 동결에 이어 2015년 10%, 2020년 35%(매년 6.34%), 2025년 67.5%(매년 13.09%), 2030년 97.5%를 감축해야 한다.

또 키갈리의정서에 따라 HFC도 미국, 유럽, 일본 등 개발국은 2019년도 10% 감축을 시작으로 2036년까지 85% 감축해야한다.

우리나라를 포함한 개도국은 2020~2022년도 평균 소요량을 기준 실적으로 산정해서 2024년 생산/수입, 추가생산이 전면 금지된 후 2029년부터 10%, 2035년까지 30%, 2040년 50%, 2045년까지 80% 감축해야 한다.

유기출 이사는 “최근 1년 반 사이 R410A 같은 HFC 냉매 가격이 절반 이상이 급락했고 한동안 저가격 추세가 유지될 것으로 예상된다”며 “특히 내년에는 쿼터 빌드 업 시대가 도래하면서 냉매 시장 변동폭이 클 것”이라고 언급했다.

유 이사는 R410A 냉매 가격 하락 요인으로 중국의 냉매 생산공급 안정화와 에어컨 냉매의 R32 전환 등을 꼽았다.

한국 HCFC 2030년 97.5% 감축

하니웰은 현재 사용하고 있는 냉매의 대안으로 HFO 냉매와 HFO를 섞은 혼합냉매를 주요 애플리케이션별로 제안하고 있다.

하니웰의 HFO냉매는 △R1234yf(GWP<1) △R1234zd(GWP<1) △R1234ze(GWP<1), HFO 혼합냉매는 △R515B(GWP=299) △R448a(GWP=1273) △R446a(GWP= 733) 등이 라인업되어 있다.

하니웰의 HFO 및 HFO 혼합냉매 중 R134 a(HFC) 대체 냉매로는 적용 애플리케이션별 R1234yf, R1234zd, R1234ze, R515B를, 공조 및 콜드체인 적용 R22(HCFC) 대체 냉매로는 R448a를, 히트펌프·공조 적용 R410a 대체 냉매로는 R466a를 공급하고 있다.

R134a 대체 냉매 중 A2L 제품인 R12 34ze는 GWP가 극단적으로 낮고 삼중점 온도는 높다. R1234yf는 GWP가 극단적으로 낮고 R134a와 비슷한 성능과 효율을 나타낸다.

A1 제품인 R450A는 GWP가 중간 단계이고 삼중점 온도는 높다. R515B는 GWP는 낮고 삼중점 온도는 높으며 온도기울기는 없다.

유기출 이사는 “R466a 냉매는 히트펌프나 시스템에어컨, 공조 설비에서 기존 R410a를 대체하기 위해 개발한 혼합냉매(R32, R125, R1311)로 지구온난화지수는 R410a보다65% 낮은 733이고 비가연성”이라며 “에너지 효율은 R410a와 등등한 수준이지만 더 높은 환경온도에서 효율이 올라가는 특징도 있다”고 설명했다.

덧붙여 유 이사는 “글로벌 시장에서 R410a를 대체할 수 있는 냉매 중에 A1 솔루션을 제안하는 업체는 하니웰 밖에 없다”고 강조했다.

친환경 냉매 적용 시, 시스템 설계변경 필요현재 규제를 맞출 수 있는 대부분의 친환경 냉매들이 용량이 조금 떨어진다. 그래서 압축기 토출량을 늘리든 운동속도를 증가시키든지 이런 시스템에 부담이 되는 설정을 할 수밖에 없어 시스템의 설계변경이 필요한 상황이다.

하니웰은 공급하는 모든 냉매에 대해 Gen�etron Properties 프로그램을 이용해 응축온도 50℃, 증발온도 8℃, 응축기 출구온도(과냉각도) 50℃, 증발기 출구 과열도 5.6℃, 압축기 효율 0.7, 압축기 토출량은 동일 조건으로 히트펌프 성능 시뮬레이션을 진행했다고 유기출 이사는 설명했다.

시뮬레이션 결과, R1234ze와 R515B의 경우는 R134a 대비 용량이 약 25% 줄어들기 때문에 압축기 토출량을 늘리거나 압축기 운전 속도를 증가시켜야 134a와 동일한 성능을 낼 수 있다. R1234yf와 R450A는 열교환기 재설계를 통해 R134a와 동일용량으로 매칭이 가능하다는 결과를 얻었다.

히트펌프 등 높은 응축온도가 필요한 시스템은 응축온도 60~100℃, 증발 온도 25℃, 응축기 출구 과냉도 5℃, 증발기 출구 과열도 5℃, 압축기 운전 효율 0.8, 모두 동일한 압축기 토출량 조건에서 시뮬레이션을 한 결과, R134 대비 R1234ze는 높은 응축온도에서도 일정하면서도 약간 더 높은 효율이 나왔다.

또 R515B는 R1234ze와 거의 동일한 성능 및 효율을 보였으며, R450a와 R1234yf는 R134a와 동일한 성능의 제품 개발이 가능한 것으로 나타났다.

히트펌프 타입의 의류건조기를 대상으로 열역학 사이클 계산한 결과, R134a와 R1234ze는 매우 유사한 효율성과 높은 응축온도를 만족시키기 위한 매우 높은 임계온도를 가지고 있는 것으로 나타났다. 또 R1234ze는 R134a보다 오차범위 내에서 약간 높은 효율성과 사용가능 온도 폭도 넓었다

유기출 이사는 “Low GWP 대안 냉매 선정 시에는 동일한 컴프레서 기준으로 용량의 손실이 없는지, 용량 손실 시 열교환기, 압축기 등의 전체적인 재설계가 필요한지 또 현재 효율과의 차이, 가연성인지 미가연성인지도 체크해야 한다”라고 말했다