올바른 냉매의 선택은 냉동, 공조 및 히트펌프 시스템이 효율적이고 환경친화적인지 뿐만 아니라 누출로 인해 몇 년 안에 시스템이 쓸모없게 될 수 있을지에 대한 여부에도 영향을 미친다.

다양한 제품 솔루션, 냉매 보고서, 디지털 서비스 및 교육 과정을 통해 고객이 적절한 냉매를 선택할 수 있도록 지원하고 있는 BITZER의 애플리케이션 기술/제품성능 이사인 Dr. Heinz Jürgensen으로부터 현재 현재 유럽의 냉매 현황과 올바른 냉매를 선택하는 것이 얼마나 중요한지 또 자연 냉매는 어떻게 적용하고 사용하는지 등에 대해 들어본다.

현재 가장 중요한 냉매 규정은 무엇인가?

EU에서는 의심할 여지 없이 개정된 F-Gas 규정 517/2014이다. 2022년 10월부터 139개 회원국으로 구성된 유럽경제지역(EEA) 이외의 지역도 몬트리올 의정서에 대한 키갈리 개정안(Kigali Amendment)의 영향을 받는다. EU의 REACH 화학물질 규제를 통해 PFAS(Per-and Polyfluoroalkyl Substances)에 대해 제안된 제한 사항이 마련되고 있다.

수정된 F-Gas 규정은 곧 유럽의회, 유럽이사회 및 유럽위원회 간의 협상을 의미하는 3자 협의 단계에 들어가게 된다. 유럽의회 환경위원회는 최근에야 위원회의 초안에 대한 성명을 발표했으며 가까운 시일 내에 유럽이사회의 성명이 있을 것이다. 개정안에 대한 협상은 2023년 2분기에 완료돼야 한다. 개정안의 초기 광범위한 조치는 2024년 1월에 발효되며, 이는 현재 규정을 기반으로 원래 예상했던 것보다 빠른 것이다.

개정된 F-Gas 규정은 사용자에게 어떤 영향을 미치는가?

2022년 4월에 발표된 위원회의 초안은 허용된 배출량을 더 줄이는 것을 목표로 한다. 제조업체와 운영자는 기존 냉동 시스템의 유지보수 및 수리를 위해 향후 몇 년 동안은 새로운 냉매 또는 재활용 냉매를 사용할 수 있을 것으로 예상할 수 있다.

하지만 신규 시스템의 경우 온실 효과(GWP)가 거의 0에 가까운 냉매만 사용할 수 있다. 따라서 R454C, R455A 및 R1234yf와 같은 점점 더 제한되고 값비싼 플루오르화 물질을 사용해 기존 시스템을 계속 사용할 수 있고 R513A, R450A, R448A 및 R449A를 사용하는 빈도는 점점 줄어들게 된다.

앞서 언급한 유럽의회 환경위원회에서 발표한 성명에 따르면 2024년부터 또는 응용분야에 따라 2027년부터 냉동에는 더이상 새로 생산된 플루오르화 물질이 필요하지 않을 수 있다. 이러한 요구사항은 훨씬 더 엄격하다. 진행 중인 협상을 놓고 보면 어떤 결과가 나올지 예단하기 어렵다.

최근 설문조사에 따르면 많은 EU 국가들이 보다 엄격한 규정을 지지하는 것으로 나타났다. 제안된 PFAS 규정은 R1234yf 및 R1234ze와 같이 지구온난화지수가 낮은 최신 불포화 화합물을 포함해 많은 HFC에 적용되므로 이용 가능한 잠재적 솔루션의 범위를 다시 한번 줄일 수 있다. 특히 이러한 물질이 전반적인 온실효과를 감소시킬 것으로 기대된다.

얼마나 많은 시스템이 영향을 받게 되는지?

우리는 개별로 킬로와트에서 메가와트에 이르는 용량을 가진 최소 수백만 대의 냉동 및 공조 시스템과 히트펌프가 EU에서 영향을 받을 것으로 예상하고 있다. 이들 대부분은 장기적으로 사용가능한 냉매로 전환할 수 있도록 설계돼 있지 않다.

F-가스 규정은 EU에서만 적용된다. 그럼 다른 나라는?

주변 국가들은 EU에서 진행되고 있는 상황에 대해 주시하고 이를 통해 배울 수 있다. 전 세계적으로 몬트리올 의정서에 대한 키갈리 개정안(Kigali Amendment)은 불화 온실가스의 배출량을 줄이는 데 도움이 될 것이다. 그러나 단계별 계획은 EU 규정에 비해 다소 지연되고 있다. 많은 국가에서는 이미 해당 조치 계획을 수립했다.

많은 기업들이 자연냉매로의 전환을 주저하고 있는데 이유는?

제 생각에는 많은 냉동 시스템 운영자, 특히 소규모 슈퍼마켓, 레스토랑, 제과점 및 정육점은 이러한 변화가 얼마나 빠르고 광범위하게 영향을 미칠지 아직 인식하지 못하고 있다. 그들은 F-Gas 규정 및 기타 냉매 규정에 관한 정보를 얻는데 제한적이다. 그들에게 냉동 및 냉장 시스템은 가능한 효율적이면서도 저비용으로 작동해야 하는 도구이기 때문에 결국 장기적인 솔루션에 대한 시장 수요가 낮을 수밖에 없다. 또한 규제 일정이 얼마나 시급한지 모르고 있을 가능성도 크다.

오늘날 사람들이 15~20년 동안 시스템 유지관리 및 작동에 사용할 수 있는 냉매를 고려한다면 CO2(R744), 프로판(R290) 및 암모니아(R717) 솔루션에 대한 수요는 분명히 증가할 것이다.

자연적으로 발생하는 물질인 이산화탄소, 프로판 및 암모니아가 냉매로서 사용될 때, 사람들이 알아야 할 사항은 무엇인가?

프로판 및 R290은 상업용 냉장에 적합한 냉매이다. 비점이 –42°C로 -40°C 이상의 온도에서 증발할 수 있다. R404A와 마찬가지로 프로판은 압축 시 문제없이 변동하는 온도를 수용할 수 있다. 탄화수소 계열 냉매인 프로판은 가연성이 매우 높으므로 작업 환경에 대한 심도 있는 위험 평가와 발생 가능한 위험을 최소화하기 위한 안전 대책을 구현해야 한다. 특히 유지보수에 있어서는 안전 규칙을 신중하고 엄격하게 준수해야 한다.

BITZER는 프로판 적용이 가능한 2실린더에서 8실린더까지 전체 용량 범위의 왕복동 압축기를 공급하고 있다. 공조 및 공정 냉각용 컴팩트 스크류 압축기와 복합 시스템용 반밀폐형 스크류 압축기도 프로판 및 유사한 냉매인 프로필렌 적용도 가능하다.

이산화탄소 및 R744는 이미 매우 일반적인 냉매이다. 가연성은 아니지만 90~130bar의 정도의 작동 압력을 갖기 때문에 훨씬 더 높은 압력 수준의 시스템 설계가 필요하다. 이는 전체 시스템 설계, 제어 및 유지보수가 다르다는 것을 의미한다. 2단 CO2시스템의 경우, BITZER는 저온 및 중온 응용분야에 맞게 특수 설계된 압축기를 특징으로 제품이 구성돼 있다. BITZER SCHAUFLER Academy에서는 이러한 유형의 시스템 설계에 대해 포괄적인 교육을 제공하고 있다. CO2 압축기를 적용한 시스템은 특히 상업용 냉동/냉장 분야에 중간 용량에서 더 높은 용량이 필요한 경우 매우 경쟁력이 있다.

신제품 8실린더 초임계 CO2 왕복동 압축기는 이전보다 더 적은 수의 압축기로 대형 냉동 시스템 및 히트펌프 응용 분야에 적용이 가능하도록 개발됐으며 ECOLINE CO2 시리즈의 용량 범위를 더욱 확대했다. 이 모델은 현재 시장에 공급되고 있는 당사의 더 작은 사이즈인 6실린더 압축기보다 약 10% 더 효율적이기 때문에 에너지 및 탄소배출량을 줄일 수 있다.

외장형 주파수 인버터 적용이 가능한 BITZER 8실린더 CO2 왕복동 압축기의 토출량 범위는 69.4~99.2m3/h(50Hz 기준)인 두 가지 모터 버전으로 제공된다. 또한 부분부하 작동을 위한 VARISTEP 기계식 용량 제어뿐만 아니라 무부하 기동 기능도 갖추고 있다.

8실린더 CO2 왕복동 압축기는 가스 맥동, 진동 및 기동 전류가 낮은 특징을 갖고 있다. 개선된 가스 가이드는 내부 압력 강하를 최소화하는 동시에 오일 캐리오버 비율도 낮다. IQ 모듈 및 OLM 오일 관리시스템 덕분에 압축기의 통합, 설치, 작동 및 서비스가 용이하다.

BITZER는 2003년 이후 주로 상업용 냉동 시스템용으로 270,000개 이상의 CO2 압축기를 판매했으며 그 수는 계속 증가하고 있다. 또한 수송용, 히트펌프 및 산업용 응용분야에 대한 수요도 꾸준히 증가하고 있다. CO2 응용분야를 위해 새롭게 개발된 가변 BITZER 이젝터는 8실린더 CO2 왕복동 압축기와 작동에 적합하며 가장 엄격한 에너지 효율성 요구 사항을 충족한다.

암모니아는 일반적으로 100kW 이상의 용량을 가진 대형 시스템에서 냉매로 사용되지만 일반적으로 주거지역 인근에서는 사용되지 않는다. 강관, 만액 증발기 및 불용성 오일을 사용하는 암모니아에 대한 입증된 시스템 기술은 일반적인 상업용 냉동 응용분야에 적합한 솔루션은 아니다. 또한 몇 가지 안전 요소를 고려해야 한다. 일반적으로 충전량이 높아 암모니아의 가격은 다른 냉매보다 훨씬 저렴하며, 이는 주로 대형 냉동시스템에 유리하게 작용한다. BITZER는 암모니아 응용 분야에 적합한 새로운 고효율 스크류 압축기에 대한 제품군을 공급하고 있다.

신제품 OS.A105 개방형 스크류 컴프레서를 통해 BITZER는 산업용 암모니아 냉동 시스템용 암모니아 스크류 컴프레서 제품군을 확장하고 있다. 세 가지 토출량(2,900rpm 기준 1,400, 1,700 및 2,000m3/h) 라인업이 있으며 증발 온도가 –10°C 기준에서 기존의 중온 응용 분야에서 2,900rpm 기준 950kW~1,400kW의 냉각 용량을 제공한다.

압축기는 외장형 주파수 인버터와 함께 사용하도록 설계됐기 때문에 토출량(각 압축기의 냉각 용량)을 약 40%(50Hz 기준)더 늘릴 수 있다.

신제품 OS.A105 개방형 스크류 압축기에는 기계식 용량 제어 및 Vi 조정을 위한 이중 슬라이더가 적용됐으며, 이를 효율적으로 작동하기 위한 IQ 모듈이 기본사양으로 장착돼 있다. 슬라이더를 사용하면 10~100% 사이에서 냉각 용량을 무단계로 조정할 수 있다. 컴프레서에는 내장형 체크 밸브가 기본으로 장착돼 있어 멀티압축기 시스템 구성에도 적합하다. 또한 높은 냉동 능력과 신뢰성 및 원활한 작동이 결합된 통합 IQ 모듈은 시운전, 작동 및 유지보수가 매우 용이하다. OS.A105 컴프레서는 현재 시험생산 단계를 거쳐 2024년에 출시될 예정이다.

냉매 규제, 냉동공조 시스템 분야에 어떤 변화가 기대되는지?
단일 냉매로 모든 응용분야를 커버하는 것은 불가능하다. 가장 중요한 것은 냉동 시스템이 해당 응용분야와 미래의 적절한 냉매에 맞게 특별히 설계돼야 하며, 시스템의 서비스 수명 동안 가능한 한 최고 수준으로 온실가스 배출을 최소화해야 한다. 새로운 압축기와 구성부품은 높은 에너지 효율성을 제공하므로 비용을 절감할 가능성이 있다.

BITZER에서는 1987년에 프로판 컴프레서를 제품군에 추가했으며 그 이후로 계속 최적화해 왔다. 당사의 최신 대형 암모니아 스크류 압축기는 동급 성능대비 가장 효율성이 높다.

CO2 응용 분야에는 종종 2단 작동(부스터 시스템)이 필요하기 때문에 저압 및 고압 단계 모두에 대해 특수한 전용 설계가 필요하다. BITZER는 모터, 압력 강하, 실린더 헤드 디자인 및 밸브 플레이트의 잠재적인 조합을 수용 가능한 가격으로 만들 수 있기 때문에 해당 응용 분야에 대해 고도의 신뢰성과 최적성을 보장할 수 있다.

마지막으로 자연냉매 사용을 근본적으로 높이기 위해 가장 시급한 것은?

냉동 시스템 운영자는 행동을 취하는 것의 중요성을 인식해야 한다. 즉, 그들에게 향후 발생될 상황을 알려주는 것이 중요하다. 냉동 기술자와 메카트로닉스 엔지니어도 자연냉매를 다루는 방법을 배워야 한다. 두 가지 경우 모두 우리는 교육 과정 및 적합한 제품의 형태로 지원을 제공하고 있으며, 저는 그것이 우리의 책임이라고 생각한다.

BITZER는 냉매 전문가를 위해 SCHAUFLER 아카데미 교육 프로그램을 운영 중이며 1992년부터 온라인 BITZER 냉매 보고서를 발간하고 있다.

독일 로텐부르크의 SCHAUFLER Academy에 진행되는 프로그램은 냉동 전문가들에게 다양한 자연 냉매 사용 방법을 포함해 다양한 주제에 대한 디지털 및 대면 교육 과정을 제공하고 있다.(www.trainings-events.bitzer.de)

온라인 BITZER 냉매 보고서는 냉매에 대한 모든 주요 정보를 요약한 냉매 보고서 형식으로 업계에 신뢰할 수 있는 참고 자료를 제공하고 있다. 필터 기능이 있는 포괄적인 냉매 표를 특징으로 하는 새롭고 훨씬 더 포괄적인 버전은 온라인에서만 제공하며 규정 및 요구 사항 측면에서 항상 최신 정보를 제공한다.(www.bitzer-refrigerantreport.com)

▣주요 냉매 규정 개요-----------------------------------------------------------------------

EU F-가스 규정
온실 가스에 대한 EU 규정 517/2014는 2015년부터 시행되었으며 GWP 수치와 같은 요인에 따라 특정 물질의 사용을 금지한다. 단계적 감축 시나리오는 불화 온실 가스의 총 배출량을 줄이기 위한 핵심 도구이다. 이는 2015년에서 2030년 사이에 CO2 등가량으로 정의된 총 배출량의 단계적 감축를 나타낸다. 이 규정에 대한 개정은 2023년에 있을 것으로 예상된다. 2022년 4월에 작성된 해당 개정 초안은 훨씬 더 많은 수의 응용 분야에서 사용이 금지되며, 최대 허용 배출량에 대한 더 엄격한 제한을 나타낸다. 따라서 장기적으로 사용 가능한 냉매를 적용한 냉동 시스템과 히트펌프를 개발하고 구축하는 것이 지금 매우 중요하다.

몬트리올 의정서에 대한 키갈리 수정안

1987년에 채택된 몬트리올 의정서는 현재 전 세계적으로 197개 회원국을 보유하고 있으며 오존층을 파괴하는 물질을 제한하는 협정을 나타낸다. 몬트리올 의정서를 확대하는 개정안은 2016년 10월 르완다 키갈리에서 통과되었으며, 배출되는 불화 온실 가스의 양을 줄이기 위한 규정에 중점을 두고 있다. 단계적 감축 시나리오는 EU F-Gas 규정에서 설정한 예를 기반으로 하지만 4개의 다른 국가별 그룹에 맞게 조정된 단계와 2050년 이후의 기한을 특징으로 한다. 2022년 10월 현재 138 회원국이 개정안을 비준했다. 각 회원국은 지정된 연도에 100% 기준치를 결정하고 감축계획를 이행하기 위한 계획을 개발하고 있다. 이러한 방식으로 EU와 유사한 냉매 변경이 전 세계적으로 시행될 것이다.

유럽 그린딜

유럽 그린 딜은 유럽 연합을 훨씬 더 친환경적으로 만들어야 한다. 이 목표의 한 측면은 2050년까지 탄소 배출 제로를 달성하는 것이다. 중간 목표 중 하나는 2030년까지 기준 연도인 1990년에 비해 배출량을 55% 줄이는 것이다. 열을 제공하기 위해 연소되는 화석 연료를 훨씬 적게 사용해야만 탄소 배출량을 줄일 수 있으므로 히트 펌프와 열 회수 시스템은 핵심적인 역할을 할 수 있다. 히트펌프는 가장 광범위한 난방 응용 분야에 이상적이다. 재생 에너지로 만든 전기로 작동하는 경우 탄소 배출 없다. 냉동 시스템에서 열을 회수하거나 산업용 히트펌프를 사용하여 공정 폐열을 재활용할 때 투명하고 신뢰할 수 있는 방식으로 수명 주기 평가를 제시하기는 어렵다. 이 기술은 일부 시스템을 더 복잡하게 만들지만 Green Deal 목표를 달성하는 데에도 매우 중요하다.