대체 냉매기술을 비교한 시뮬레이션 시험에서 2,000m² 이하 상점의 경우 낮은 GWP의 HFO/HFC 혼합냉매가 배출 감소의 효과가 가장 좋고, 수명주기 비용도 가장 적은 것으로 나타났다.

요크셔 지방의 컨설턴트사인 Wave Re�frigeration은 냉매제조사 케무어스(Chem�ours) 의뢰로 유럽지역 중 기후 조건이 온난한 곳과 높은 곳에 위치한 상점 두 곳에서 7가지 대체 냉매기술을 비교하는 시뮬레이션 시험을 수행하고 최근 결과를 발표했다.

케무어스는 냉매 단독의 GWP만으로 미래의 냉매 기술을 선택하는 것은 냉동장치(re�rigeration system)에서 배출되는 총 배출량으로 기후변화 영향을 가늠하기에 매우 빈약한 지표라는 시험결과가 도출됐다고 밝혔다.

보고서에는 탄화수소나 이산화탄소와 같이 비불소화(non-fluorinated) 제품을 사용하는 냉동기술이 기준 R404A 대체 R449A 기술과 비교했을 때, 최저 배출량을 달성하기 위해 10년 생애주기비용(LCC)을 초과하는 경우도 종종 있는 것으로 나타났다.

보고서에 사용된 10년 LCC는 초기 구매 및 설비투자비용(CAPEX)과 운영비용(OPEX)을 고려한 수치이다.

케무어스에 따르면 배출량 감소 효과가 가장 좋고 10년 LCC가 가장 낮은 기술은 자사의 저 GWP A2L HFO/HFC 혼합냉매인 Opteon XL20와 XL40(R454C 및 R454A)이라고 밝혔다.

R454C(Opteon XL20)는 새로운 장비 설계 시 R404A용으로 케무어스가 선보이는 최저 GWP 옵션이다. 이 제품은 GWP가 146이다. 그 자매 냉매인 R454A(Opteon XL40)는 R1234yf와 R32를 비슷한 비율로 혼합되지만 R404A에 대한 고성능, 고 냉

각 능력(cooling capacity)을 위해 혼합물질인 R32 양을 늘려 XL20의 저 GWP 효과는 다소 반감됐다. 이 제품은 GWP가 238이다.

일반적으로 배출량을 줄일 때 주요 사안으로 떠오르는 부분이 누출 감소와 HFC를 낮은 GWP 대체물질로 대체하는 것이다.

케무어스의 조사 결과에 따르면, 냉동장치의 전체 수명주기 동안 기후변화에 가장 크게 기여하는 것은 통상 전기 발전으로 만들어지는 간접 배출량이다. 따라서 시스템 성능과 에너지 효율은 냉매 자체의 GWP보다 훨씬 더 큰 영향을 미친다.

단, 에너지 효율은 사용한 기술, 시스템을 설치한 곳의 기후, 시스템 구조, 심지어 국가마다 상이한 전력원에 따라 달라질 수 있다.

7개 고려 기술

이번 연구에서 고려한 7개 기술은 △수냉식 일체구조(WC) △공랭식 일체구조(AC) △프로판/글리콜 보조 시스템 △R134a/펌프 CO22차 MT/준임계 캐스케이드 LT 시스템 △불연성 R449A 시스템 △초임계 CO2 부스터 시스템 △저 GWP A2L HFC/HFO 혼합 R454C 및 R454A 등이다.

위에 열거한 각각의 기술은 규모가 다른 두 상점에 고려됐다.

● 중온 160kW / 저온 30kW의 설계부하를 가진 매장 면적 2000m²의 표준 슈퍼마켓

● 중온 40kW / 저온 8kW의 설계부하를 가진 매장 면적 300~500m²의 소형 슈퍼마켓

성능은 온난한 유럽 기후(영국 레스터)와 더운 유럽 기후(스페인 세비아)에서 시뮬레이션했다.

표준 슈퍼마켓

표준 슈퍼마켓의 기준선이 되는 매장은 전형적인 1-2 MT 및 LT 압축기 팩을 사용하고 분산형 시스템에 R449A(Opteon XP40)와 같은 낮은 GWP R404A 대체물질을 사용한다고 고려했다.

10년 생애주기비용(LCC) 면에서는 옵션 중 어떤 것도 기준선 R449A 시스템보다 나은 성능을 보이지 않았다. 그러나 낮은 GWP Opteon A2L 대체물질 R454C와 R454A는 10년 LCC가 최대 5%까지 증가하는 것으로 나타났다.

그 에너지 성능이 낮기 때문에 초기 비용을 고려했을 때 최선의 옵션은 AC 일체형이었지만, 10년 LCC는 기준선 R449A 보다 26% 높게 나왔다. 보고서에 따르면, WC 일체형이 AC 일체형에 비해 에너지 비용은 개선되었지만 기준선에 비해서는 여전히 20% 높았다.

또한 많은 곳에서 탄화수소와 이산화탄소 같은 “천연” 냉매 사용을 강력하게 촉구하고 있지만, 케무어스는 이러한 기술은 모두 온화한 레스터 기후에서는 R454C와 R454A보다 10년 LCC가 15% 이상 높은 것으로 나타났다고 밝혔다.

GWP 배출량

R454C와 R454A는 표준 슈퍼마켓 모델에서 총 배출량이 가장 낮게 나와 다시 한 번 최상위를 기록했다. 낮은 GWP 옵션은 초임계 CO2 부스터 시스템을 사용했을 때보다 배출량이 최대 25% 감소했고, R290/글리콜 시스템 사용 시보다는 15%까지 감소했다.

2차 루프 기술은 좀 더 온난한 기후인 세비아에서 R454C와 R454A 옵션에 가까운 결과를 보였지만, 그래도 최소한 6~7% 정도 배출량이 더 높게 나왔다. 온난한 레스터 기후에서는 배출량 차가 벌어져 Opteon XL 냉매 기술의 경우보다 13~23% 더 높게 나왔다.

표준 슈퍼마켓에서 AC와 WC 일체형은, 이러한 기술 자체가 에너지 소비량이 높기 때문에 총 배출량이 단연 가장 높게 나왔다.

특히 기준선 기술인 케무어스 R404A 대체물질 Opteon XP40(R449A)은 GWP가 상대적으로 높아 직접 배출에 미치는 정도가 크기 때문에, 총 배출량 면에서는 가장 좋지 않은 옵션 중 하나였다는 점이 주목할 만하다.

소형 슈퍼마켓

소형 슈퍼마켓의 기준선 상점 구조는 1MT 압축기 팩과 1-2LT 시스템을 사용하는 표준 슈퍼마켓과 동일한 분산형 시스템을 사용하는 것으로 나타났다.

유럽 F-가스 규정(European F-gas regulation)의 관점에서 순수하게 재무적 기준으로 봤을 때, 기준 기술보다 생애주기비용(LCC)이 6% 증가했음에도 불구하고 여기에서도 최선의 옵션은 R454C와 R454A였다.

AC 일체형은 소형 상점에서도 초기 비용이 가장 낮았지만 대형 상점과는 달리 10년 동안의 LCC는 가장 높지 않았다. 그러나 10년 LCC는 AC 일체형과 WC 일체형 모두 기준 기술보다 16~23% 높았다. 보다 온난한 세비아에서 초임계 CO2 부스터 시스템은 LCC 결과가 가장 안 좋았고, 10년 LCC가 낮은 GWP Opteon XL에 가까운 2차 루프 기술을 써도 기준선 기술에 비해 13~17% 더 높았다. R454C와 R454A 저 GWP HFC/HFO 혼성 옵션과 비교하면 9~12% 더 높게 나왔다.

온난한 레스터 지방에서, 2차 루프 시스템은 10년 LCC값이 가장 안 좋았고(기준보다 23% 높게 나옴), 그 다음이 기준에 비해 16~19% 높게 나온 WC/AC 일체형과 초임계 CO2 부스터 시스템, 11~13% 높았던 R454C와 R454A HFC/HFO 혼합 옵션이다.

소형 상점의 배출량은 대형 슈퍼마켓과 대체로 비슷한 것으로 나타났다. 에너지 효율이 낮은 AC 일체형이 단연 배출량이 가장 높았고, WC 일체형 역시 기준 R449A에 비하면 총 배출량이 좋지 않은 결과를 보였다.

좀 더 온난한 세비아를 보면, 초임계 CO2 부스터 시스템이 기준선 R449A 시스템보다 총 배출량이 현저히 높게 나왔고, 온난한 레스터 기후에서도 저 GWP R454C와 R454A 냉매 혼합 옵션에 비해 배출량이 16~19% 더 높았다.

분산 직접 팽창 시스템(distributed direct expansion systems)의 배출량 수치는 계산상 5%로, 유럽 지역의 책임 소매업자는 케무어스가 주장하는 누출 수준에 도달하고 있었다. 그러나 케무어스는 누출률이 연간 최고 10%이며, 낮은 GWP 옵션인 R454C와 R454A를 사용하는 시스템의 직접 배출량은 전체 배출량에 기여하는 정도가 크지 않다고 밝혔다. 연간 손실률 15%에도 불구하고 높은 GWP 냉매 R454A(Opteon XL40)를 사용하는 시스템의 총 배출량은 온난한 레스터에서도 R290/글리콜이나 초임계 CO2 부스터 시스템을 사용하는 경우 보다 낮은 것으로 나타났다.