- 비처코리아 김도진 차장 ‘콜드체인 세미나’에서 밝혀

- 슈퍼마켓 전력소모량… 냉동시스템이 47%로 가장 많아, 그중 압축기 70% 차지

- 온실가스 저감 위해 LOW GWP 냉매, 자연냉매 및 고효율 시스템 적용 압축기 솔루션 도입 필요

비처(BITZER) 코리아 김도진 차장
비처(BITZER) 코리아 김도진 차장

냉동냉장 시스템의 생애 주기동안 배출되는 이산화탄소(CO2)의 지구온난화에 미치는 영향은 냉매누설 등 직접적인 영향보다 에너지소비로 인한 간접적인 영향이 약 7배 이상 큰 것으로 나타났다.

‘HVAC KOERA 2020’ 기간 중 열린 ‘콜드체인 세미나 - 친환경적 냉동/냉장 시스템을 위한 고려사항’ 발표에서 이같이 밝히고 “슈퍼마켓 매장 내 기기별 전력소모량을 모니터링한 결과, 냉동시스템의 전력소모량이 47%로 가장 높았고 냉동시스템 구성부품 중에서는 압축기 전력소모량이 70%로 대부분을 차지하고 있는 것으로 조사됐다”면서 “BITZER는 유럽 내에서 이미 오래전부터 온실가스 절감을 위한 자연냉매 및 고효율 시스템 등을 적용한 여러 가지 솔루션을 공급하고 있다”며 관련 기술을 소개했다.

BITZER, 콜드체인 전반에 응용솔루션 제공

BITZER는 독일에 본사를 두고 있는 압축기 전문 제조업체로 80년 이상 축적된 노하우를 바탕으로 왕복동, 스크류 및 스크롤의 세 가지 주요 방식 압축기는 물론 콘덴싱 유니트, 압력용기, 열교환기도 생산하고 있다.

BITZER는 이런 제품군을 기반으로 상업용 및 산업용 냉동·냉장, 식품 공정냉각, 컨테이너 및 트럭·트레일러 냉동 등 콜드체인의 전반적인 분야에 관여하고 있으며, 어떠한 응용 분야에도 적합한 솔루션을 제공하고 있다.

김도진 차장은 “냉동냉장 시스템에서 온실가스를 배출하는 부분은 크게 냉매와 에너지소비 두 가지로 볼 수 있다”며 “이 두 가지 부분에서 온실가스 배출을 줄이는 방법은 GWP가 낮은 냉매 또는 자연냉매를 사용하든지 냉동냉장 시스템에 고효율 시스템을 적용하는 것이다”라고 말했다.

보통 냉동냉장 시스템의 온실가스 배출량 측정은 TEWI라는 CO2 등가량을 환산해서 계산한다. 이것은 장비의 생애 주기동안 배출되는 탄소량을 종합적인 온난화 평가지수로 정립한 것이다.

각 요소에 대해서 살펴보면 냉매누설이나 냉매회수율 등 냉매관련 직접적인 영향과 에너지소비에 대한 간접적인 영향으로 크게 두 가지로 구분된다.

김도진 차장은 냉동냉장 시스템에서 직·간접적인 영향으로 인해 CO2가 얼마나 배출되는지 R134A 냉장 적용조건에서 냉매충전량 10kg, 사용년한 15년인 경우, 각각의 요소들을 가지고 계산한 예시를 들어 소개했다.

우선 냉매누설로 인한 직접적인 영향의 경우, CO2 배출량은 약 2만5천톤이었고 에너지소모로 인한 간적접인 영향의 경우, CO2 배출량은 무려 16만9천톤에 달했다.

김도진 차장은 “냉매누출보다 에너지사용으로 인한 온실가스 배출량이 무려 7배가 더 많은 결과를 확인할 수 있었다”며 여기서 냉동냉장 관련 업계는 온실가스 배출량 저감을 위해서 어떤 노력을 해야 하는지 중부 유럽의 슈퍼마켓을 예로 들어 설명했다.

 

중부유럽 연면적 2,000m2 규모 슈퍼마켓의 전력소모 비율
중부유럽 연면적 2,000m2 규모 슈퍼마켓의 전력소모 비율

중부 유럽에 있는 연면적 2000㎡ 규모 슈퍼마켓의 매장 내 기기별 전력소모 비율은 냉동(47%), 조명(22%), 기타기기(20%), 공조(11%) 순으로 냉동시스템의 전력소모량이 가장 많다. 또 냉동시스템 구성 부품 중에서는 압축기 전력소모량이 70%로 거의 대부분을 차지하고 있었다. 이것을 CO2발생량으로 환산하면 면적당 연간 기기 전체의 전력소모량은 321kWh/㎡이고 냉동시스템에서 사용하는 전력을 고려했을 때 연간 압축기 전력소모량은 211MWh였다. 이것을 다시 CO2량으로 환산하면 유럽 평균 단위전력 생산당 발생되는 CO2 발생량은 365g이므로 압축기의 전력소모에 의한 연간 CO2 발생량은 77톤에 달했다.

김도진 차장은 “압축기에서 소모하는 전력량은 여러 가지 솔루션으로 절감할 수 있다”며 “이미 유럽 내에서는 냉동시스템의 온실가스 저감 기술이 보편화 되고 있으며 그중에서도 BITZER 제품은 동종 업계 최고 수준의 고효율 제품으로 인정받고 있다”고 강조했다.

김 차장은 이어 에너지소비 및 냉매누설 등 직·간접적인 영향으로 인해 발생하는 CO2 발생량을 줄이기 위한 BITZER의 감축 기술 및 자연냉매 및 고효율 시스템에 대해 소개했다.

우선 중부 유럽 슈퍼마켓의 표준 CO2 압축기가 적용된 냉동시스템에 개조 없이 단지 LSPM모터 기술이 적용된 BITZER ECOLINE+ CO2 압축기 교체만으로 연간성능계수가 최대 14% 정도 향상됐다. 이것으로 CO2 발생량은 연간 10.8톤 감소시킬 수 있으며 이 양은 중형차 5대가 연간 2만km 주행했을 때 발생시키는 CO2량과 같다.

 

중부 유럽 슈퍼마켓 / BITZER의 LSPM 모터를 적용한 ECOLINE+압축기로 교체 후 SEPR 최대 14% 향상
중부 유럽 슈퍼마켓 / BITZER의 LSPM 모터를 적용한 ECOLINE+압축기로 교체 후 SEPR 최대 14% 향상

또 한 가지는 압축기의 용량제어를 통한 방법이다. 공식적인 연구자료에 따르면 압축기의 용량제어만으로도 약 15%의 에너지를 절감할 수 있다. 이는 연간 11.6톤의 CO2를 감축할 수 있는 수치다.

 

중부 유럽 슈퍼마켓 / BITZER 용량제어기술을 적용한 후 전력 15% 절감
중부 유럽 슈퍼마켓 / BITZER 용량제어기술을 적용한 후 전력 15% 절감

BITZER는 외장형 인버터, 인버터 일체형 그리고 기계식 용량제어 등 3가지 압축기 용량제어 기술을 보유하고 있다.

BITZER, 이산화탄소 압축기 누적 판매량 16만대

김도진 차장은 온실가스 발생에 직접적 영향을 주는 냉매누설률과 대응방안에 대해서도 언급했다.

중부 유럽의 2,000㎥ 규모의 슈퍼마켓에 사용되는 냉동냉장 시스템의 냉매충전량은 200kg이다. 유럽연합의 연간 평균누설률은 8% 정도로 상당히 양호한 수준이라고 볼 수 있다.

우리나라의 경우, 아직 정확한 냉매누설 통계는 없지만 보통 15%, 많게는 20% 정도로 알려져 있다.

냉매는 각각 가지고 있는 GWP(지구온난화지수)가 있다. 주요 냉매의 GWP는 △R404A 3922 △R134a 1430 △R513A 631 △R454C 148 △R744 1이다.

우리나라에서는 R404A 냉매가 친환경 냉매로 인식돼 많이 사용하고 있지만 이 냉매가 가지고 있는 GWP는 3922로 상당히 높다.

다시 말해 CO2 1kg 대비 R404A 1kg이 가지는 CO2등가량은 3922kg이란 의미다.

김도진 차장은 “주요 냉매의 충전량이 동일한 경우 냉매별 GWP를 비교했을 때 자연냉매인 R744(이산화탄소)와 다른 냉매의 온실가스 배출량을 비교해 볼 수 있다”면서 “BITZER는 자연냉매인 이산화탄소 압축기의 20년간 누적 판매량이 16만대로 유럽에서 60~70%의 점유율을 차지하고 있다”고 강조했다.

전 세계적으로 슈퍼마켓 분야의 Transcritical CO2시스템 보급 상황을 보면 유럽이 23,000 케이스로 가장 많고 그 뒤를 이어 일본 4,500 케이스, 북중미 870 케이스 그리고 중국도 보급이 증가하고 있는 추세다.

유럽에서는 CO2 시스템이 냉동냉장시스템, 슈퍼마켓 시스템 그리고 상업용 시스템에 보편적을 사용되고 있는 기술이다. 하지만 우리나라의 경우 슈퍼마켓에 적용된 시스템이 아직은 없다.

김도진 차장은 “최근 자동화 물류센터, 온라인 물류센터 등이 대형화되면서 자동화 기술, 친환경 냉매, IT기술 등이 접목되고 있다”며 “BITZER는 CO2 및 암모니아 압축기 관련 제품을 공급하고 있다”고 말했다.

일반적으로 CO2 및 암모니아 시스템은 기존 합성냉매 시스템을 그대로 사용할 수 없는 전혀 다른 시스템이다. 그래서 기존 합성냉매에 익숙해져 있는 고객들은 자연냉매보다는 GWP가 낮으면서 기존 시스템을 개조 없이 그대로 사용할 수 있는 드롭인 솔루션을 원하게 된다.

유럽의 경우, 중기적인 솔루션으로 R448A, R449A, R450A, R513A 냉매들이 적용되고 있다.

국내의 경우에도 롯데마트나 이마트에 R448A, R449A 냉매가 이미 적용돼 사용이 되고 있다.

 

자연냉매 및 고효율 시스템을 위한 BITZER의 주요 기술 및 제품
자연냉매 및 고효율 시스템을 위한 BITZER의 주요 기술 및 제품

드롭인 냉매 사용시 시물레이션 프로그램 통해 최적 조합 제공

BITZER 압축기는 기존에 사용하던 압축기 시스템을 그대로 냉매 교환만으로 사용할 수 있다.

한 예로 R404 냉매 시스템을 사용한 BITZER의 특정한 압축기에서 R448이나 R449 냉매로 바로 드롭인이 가능하다.

이런 드롭인 냉매의 적용은 비처의 시뮬레이션 프로그램을 통해 각 시스템에 최적의 조합을 제공한다.

김도진 차장은 “기존 압축기에서 R404 냉매를 R448A로 교체했을 때 CO2 배출량은 간접 배출 16.4톤, 직접 배출 53톤이 절감돼 기존 시스템대비 약 31.7%인 69.8톤을 절감할 수 있다”고 말했다.

하지만 중기적인 솔루션에 포함된 냉매들은 GWP가 1300대이며 유럽에서는 장기적인 솔루션인 GWP 150 이하의 냉매 사용이 이미 시작됐다.

김도진 차장은 “GWP 150으로 이루어진 합성냉매는 대부분 가연성의 특성을 갖는다. 그래서 A2L이라는 미가연성 냉매밖에 남지 않는다”며 “BITZER는 장기적인 솔루션에서 A2L 냉매를 사용할 수 있는 ECOLINE 및 LHE 콘덴싱 유니트에 대한 사용승인을 받았다”고 밝혔다.

김 차장은 이어 “BITZER는 온실가스 배출량을 줄일 수 있는 자연냉매나 합성냉매 사용이 가능한 광범위한 제품군은 물론 최대 및 부분부하 운전시 효율성을 향상시킬 수 있는 인버터 기술, LSPM모터 기술, 친환경 디자인을 적용한 다양한 제품 라인업을 갖추고 있다”고 말했다.

 

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