한국냉동공조산업협회는 6월23일 ‘차세대 대체냉매 기술세미나’를 진행했다고 밝혔다. 대체냉매관련 국내·외 정책과 기술동향을 파악해 산업구조 변화에 효과적인 대응을 하고자 마련된 이번 세미나는 국내·외 HFCs 감축정책과 냉매수급동향 등이 공유됐다.

 

 

국내외 HFCs 감축정책·기술동향 공유
장재훈 한국기계전기전자시험연구원(KTC) 센터장은 국내외 HFCs 감축정책과 기술동향을 설명했다.

 

글로벌 국가들은 대체냉매 사용기기 기술개발을 활발하게 진행 중이다. 미국은 고효율 HVAC 시스템개발과 상업용 대용량 설비기술 확대를 추진 중이며 냉매누출방지 기술개발 로드맵 등을 구축하고 있다.

 

유럽연합(EU)과 일본도 정부주도아래 대체냉매 사용기기 기술개발이 활발하게 진행 중인 상황이다. 이와 더불어 최근 AI기반 스마트기술을 적용하는 등 새로운 패러다임에 맞춘 기술개발도 추진되고 있다.

 

특히 온실가스 배출량을 줄이기 위한 폐기·재생부문 기술개발이 활발한 상황이며 재생냉매 품질에 대한 표준화도 이어지고 있으며 F-Gas 규제에 대처해 재생과 재활용기술 개발도 활발한 상황이다.

 

 

2030년 이후 강화된 정책으로 R-410냉매를 감축하기 위한 강화된 냉매체계기반의 정책을 수립하고 있다.

 

미국의 대표적인 신규 대체물질 정책(SNAP)에서는 오존층 파괴물질이 사용된 냉매를 대체할 수 있는 냉매들을 보다 넓은 범위에서 사용을 확대할 수 있도록 기술을 개정하고 있다. 또한 신냉매 안정성 평가를 위해 냉매누출과 실험 등 다양한 프로젝트를 실시하고 있다.

 

또한 냉매회수·재생·재사용·재활용기술개발을 위한 다양한 정책적 움직임도 돋보인다. 일본은 저GWP 전환정책을 통해 자체적으로 재이용가능한 기술개발과 관리대책을 수립하고 있으며 CO₂와 암모니아냉동기 등의 보조사업에 약 250억원 이상 중이다.

 

장재훈 KTC 센터장은 “일본은 2030년까지 냉매회수율을 75%로 상향하는 것을 목표로 기후변화에 대응하고 있다”라며 “최근 누출감지기술 등을 개발했으며 차세대 저 GWP냉매의 안정적 활용을 위한 전환단계에 돌입하고 있다”고 말했다.

 

국내에서도 한국에너지기술평가원 등에서 다양한 냉매과제를 추진 중이며 최근 HFCs 국가 온실가스 통계 개편 진행했다.

 

2013년부터 2023년까지 증감량을 기준으로 현재 HCFCs에서 HFCs로의 전환률은 0.92로 HCFCs 1톤 감소 시 HFCs는 약 920톤이 증하고 있다.

 

 

불소를 벗어난 자연냉매, 저GWP 냉매로 전환의 필요성이 시급하며 향후 AI기술개발이 활발해지며 데이터센터 등 신기술발전에 따른 신규수요가 증가하는 만큼 냉매전환에 대한 관심은 지속 증가될 것으로 예상된다.

 

장재훈 KTC 센터장은 “국내에도 선진국의 사례를 바탕으로 저GWP전환 사용자에 대한 보조지원 등이 필요하다”라며 “사용단계에 대한 회수를 활성화하며 재활용해 재생냉매사용을 촉진하겠다는 전주기관리법이 필요하다”고 말했다.

 

글로벌 재생냉매 회수시장은 지속적인 성장이 예상되는 가운데 재생냉매 인증제도나 품질규격이 부재하다.

 

또한 낮은 신품냉매가격과 높은 비용이 발생하는 재생냉매가겪간 괴리가 발생해 재생냉매의 가격경쟁력이 떨어지고 있는 상황이다.

 

이에 따라 재생냉매 사용을 위한 인프라구축과 재생냉매 사용을 위한 현실적인 제도마련이 시급하다.

 

자연냉매와 저GWP 냉매 활용을 가속화할 수 있는 제도가 마련된다면 자연냉매 제조업계가 직면한 원가상승과 개발부담 증가 등의 애로사항을 해소할 수 있을 것이으로 예상된다.

 

이 때 재충전용기를 활용하면 100만톤 이상의 냉매 회수 가능할 것으로 예상된다. 냉매용기특성 상 미회수돼 대기중으로 방출된 온실가스를 감축가능할 것으로 예상된다,

 

장재훈 센터장은 “향후 대체냉매 기술개발이 가속화됨에 따라 새로운 기기에 대한 시장수요 급격증가할 것”이라며 “이에 맞는 정책과 기술이 필요할 것”이라고 말했다.

 

국내 재생냉매 활성화방안 제언
정형조 한강화학 이사는 냉매회수·재생사업 동향을 기반으로 재생냉매 활성화방안을 제안했다.

 

2030년까지 전폐를 목표로 하는 HCFs냉매의 수입현황에 따르면 HCFC-22냉매가 44.3%를 차지하고 있으며 이어 HCFs-141b 냉매가 차지하고 있다.

 

HFCs 냉매는 R-410A냉매가 36%, R-134A 25%를 차지해 감축이 시작한 이후 R-134가 생각만큼 크게 줄지 않고 있는 것을 확인할 수 있다.

 

CFCs냉매는 안정성이 뛰어나며 뛰어난 성능을 가지고 있지만 오존층파괴지수(ODP)가 높으며 지구온난화지수(GWP)가 높아 몬트리올의정서에 의해 2009년 퇴출됐다. HCFCs냉매도 2030년 퇴출이 완료될 예정이며 HCFs도 키갈리개정서에 의해 지난해부터 감축이 진행 중이다.

 

현재 HFOs와 차세대냉매가 주력으로 사용될 것으로 예상되며 국내는 HFC에서 HFC·천연냉매로 전환이 이뤄지고 있다.

 

HFO 혼합냉매는 비가연성을 가진 A1과 가연성이 있는 A2로 구분할 수 있다. A1등급 HFO는 R-404A, R-507 등 GWP 높은 냉매들을 대체할 수 있는 냉매로 HFO 혼합량이 많은 것이 특징이다. 가연성을 가진 A2L등급은 GWP가 750보다 작아 환경부 등의 규제에 만족하는 규격이다.

 

 

그 중 R-410A 냉매를 대체할 수 있는 R-454B는 지난해 미국에서 시작된 ‘AIM Act’에 따라 신규공조시스템에는 GWP 700 이하의 제품만 사용가능해 그 수요가 폭발적으로 증가했다.

 

국내시장도 영향을 받아 특수전용기가 필요한 가연성냉매 특성상 국내에 용기가 충분공급되지 않는 문제 발생해 품귀현상이 나타났다.

 

특수전용용기는 중국에 주로 생산되는 물질이라 관세장벽, 특허, 등으로 시장가격이 올라가는 상황이며 시자에서 사재기, 현재 가격폭등 수급부족문제로 장비설치 지연 등 문제 발생하고 있다.

 

정형조 한강화학 이사는 “기존 다국적기업의 특허 외 중간특허가 진행되고 있으며 대부분 HFO 혼합냉매는 등록·공개일자가 2010년대 후반부터 2020년 사이에 특허출원이 완료됐다”라며 “출원과 특허계약기간이 20년이라는 것을 감안할 때 2030년대중반부터 2040년까지 이 부분에서 자유롭지 못할 것”이라고 말했다

 

한편 국내는 냉매시장은 온실가스 감축을 위한 HFCs 관리제도 개선방안을 발표해 2035까지 HFC배출량을 2,000만톤 감축할 것을 목표로 하고 있다.

 

그러나 HFO는 공급이 제한적이며 가격이 높고 R-744 등과 같은 CO₂냉매는 압이 높아 일반냉매보다 숙련도 높은 기술 요구한다.

 

R-290 프로판냉매는 A3등급 가연성을 가져 충전한도가 제한적이며 추가설비가 필요한 상황이다.

 

 

국내 냉동공조업체들은 4세대·자연냉매에 대한 준비가 미흡한 상황으로 GWP가 낮은 제품으로의 전환을 촉진하며 냉매 전주기관리체계를 마련하는 등 제도적기반 확충이 시급하다.

 

환경부와 한국환경공단의 온실가스 감축의무 이행을 위해 향수 HFC 신규 사용에 대해 규제 강화할 것으로 예상돼 대체냉매시장이 확대될 것으로 예상되고 있다.

 

냉매회수시장은 국내는 사용량대비 회수율이 1~2%에 불과하며 대부분 폐냉매가 대기 중으로 방출되고 있다.

 

그러나 회수비용 경제성이 부족하며 현장 회수의무 인식부족과 단속의 한계로 인해 재생냉매시장은 미성숙한 상황이다.

 

정부는 2027년부터 냉매사용량이 많은 사업장을 대상으로 재생냉매 사용을 단계적으로 의무화할 계획이며 냉매관리의무대상도 기존 20RT에서 10RT 이상으로 확대하고자 하고 있다.

 

정형조 한강화학 이사는 “일본은 개정프레온배출억제법도입 이후 현재까지 40%의 높은 회수율 보이고 있다”라며 “국내도 정책을 통해 폐냉매회수·재생시장의 양·질적 성장을 기대한다”고 말했다.

 

고효율기자재 인증기준 시행, HP시장 확산 기대
오미르 한국냉동공조시험연구원(舊 한국냉동공조인증센터) 박사는 ATW히트펌프를 중심으로 탄소중립형 히트펌프 산업현황을 공유했다.

 

히트펌프는 다양한 열원을 통해 저온 또는 고온열원에서 열을 흡수 또는 방출해 고온 또는 저온의 열을 생산하는 냉난방기기다.

 

그중 공기·물 히트펌프(ATW)는 공기열원을 이용해 물을 냉각·가열하기 위해 구성된 증기압축식 히트펌프로 △분리형 △일체형 △모노블럭형 △냉난방·급탕겸용 △급탕전용 등 다양한 형태로 구성되고 있다.

 

지난해 기준 히트펌프시장은 연평균 11.8% 성장할 것으로 예측되는 가운데 유럽은 14.9%로 높은 성장률을 기록하고 있다.

 

기능별 히트펌프 점유율을 살펴보면 난방전용 히트펌프가 전체의 80% 이상 차지해 높은 비율을 보이고 있으며 냉난방 겸용기기 성장률이 14.2%로 난방전용기기에 비해 높은 성장률이 예상되고 있다.

 

적용냉매는 HFC냉매가 가장 높은 비율인 68.4%를 차지하며 차세대 대체냉 R-744 R-290A R-32 등이 30% 이상 높은 비율을 보여 친환경냉매 전환의 과도기 시점에 있다. 또한 용량은 10kW 미만 히트펌프가 48.7%에 달하고 있으며 가정용 히트펌프가 주로 보급되고 있는 상황이다.

 

유럽은 초기비용 낮추며 에너지효율 촉진과 저탄소난방시스템 설치지원을 목적으로 기존건물 개조와 화석연료 기반 시스템교체에 중점을 두고 있다.

 

최근 성장률이 돋보이는 미국의 경우 온수난방용 시장규모가 전년대비 24% 증가하고 있으며 캘리포니아나 뉴욕 등에서는 탄소중립 목표를 달성하며 에너지절약을 실현하기 위해 히트펌프 도입에 앞장서고 있다. 지난 2023년에는 공간난방과 온수응용을 이용한 히트펌프의 판매가 눈에 띄게 증가 중이다.

 

중국은 2023년 초기 보급량 증가상황이었으나 하반기는 성장률 하락 중이다. 이는 코로나로 인한 경기침체와 소비자지출 감소와 엔지니어링투자 감소로 인한 것으로 파악된다. 일본에서는 2023년 ATW온수기 시장이 63만대로 9.2% 감소하고 있다.

 

오미르 한국냉동공조시험연구원 박사는 “히트펌프는 소비자가 다른 대안에 비해 높은 히트펌프 초기비용 극복이 필요하다”라며 “정책적 지원가 설치전문가 육성이 필요하다”고 말했다.

 

특히 냉매전문가나 설치자가 심각하게 부족하며 2030까지 전세계적으로 130만명 이상 숙련된 노동자 필요할 것으로 예상된다.

 

또한 히트펌프 적용 시 나타나는 전력수요 증가에 대비하기 위해 스마트미터를 통해 전력수요데이터 추적이 필요하다.

 

글로벌 HVAC 기업들은 히트펌프 개발에 지속적인 투자와 노력을 진행 중이다. △LG전자 △삼성전자 △캐리어 등은 친환경 대체냉매를 적용한 히트펌프를 개발하고 있으며 미쓰비시와 파나소닉 등 인버터스트롤압축기와 요소기기등 개발에 집중하고 있다.

 

주로 외기온도 영하 15℃에서 작동가능한 제품들을 개발 중이며 일부 제품은 영하 25℃에서도 작동이 가능하다.

 

한편 국내 ATW 히트펌프시장은 정부지원책에 따라 성장률이 좌우될 것으로 예상되는데 효율에 대한 검정기준이 없는 실정이다.

 

글로벌 동향을 살펴모뎐 미국은 모든 품목에 대해 기준을 적용해 인증용량범위: 25kW 포함, 친환경냉매 기준인 GWP 750이하 제한하고 있으며 유럽은 다양한 품목에 대해 EU라벨링 인증을 실시하고 있다. 중국은 현재 14kW로 용량범위가 다소 낮지만 향후 200kW까지 확대할 예정이다.

 

국내는 효율관리제도로 운영되고 있지만 ATW히트펌프는 한전 심야축열보일러 지원제도 및 농기계 등록제도 외 별도 제도가 마련돼있지 않다.

 

오미르 한국냉동공조시험연구원 박사는 “저효율 전기온수기 규제와 고효율 히트펌프 지원책 및 제도마련을 통한 보급확대가 시급하다”라며 “히트펌프 제조기업들은 R&D와 해외인증지원 등을 통한 수출전략 산업육성 필요할 것”이라고 말했다.

 

현재 대용량 ATW 냉난방히트펌프 유닛에 대한 고효율기자재 인증기준이 완료됐으며 내년 상반기 시행예정이다.

 

고효율기자재 인증기준안에 따르면 용량 20kW 이상과 200kW 이하가 해당되며 20kW 이하의 경우 향후 수요에 따라 추가될 것으로 예상된다.

 

 

개정안에는 OPD규제에 대한 부분도 포함될 것으로 예상되며 성능시험 조건도 KS C 9306 시험방법과 절차를 준용해 초안이 마련된 상황이다. 향후 샘플링 통해 세부기준이 마련될 것으로 예상된다.

 

이에 따른 온실가스저감효과는 약 1,200만톤으로 친환경 냉매사용에 따라 100만톤가량의 CO₂가 절감될 것으로 예상된다.

 

오미르 한국냉동공조시험연구원 박사는 “국내 ATW히트펌프 해당품목군의 중장기 효율고도화연구를 통한 단계적 인증기준 상향이 반드시 필요하다”라며 “2030년까지 고효율 친환경 HP 보급확대될 전망으로 2050년 탄소중립 실현을 위한 E소비량 절감, 온실가스 배출저감에 기여할 것”이라고 말했다.

 

미국 AHRI 표준기반 CDU고효율 인증기준 개발
이영현 한국냉동공조산업협회 연구원은 대체냉매 적용 CDU 에너지효율 측정방법에 대해 공유했다.

 

냉동공조산업협회는 냉동창고(Walk-in Box)용 CDU의 에너지효율 측정체계 확립을 통해 고효율 기자재 인증기준 마련에 속도를 내고 있다.

 

이영현 연구원은 “CDU는 콜드체인설비 중 사용량이 많고 소비전력 비중이 높지만 연간 운전효율을 평가할 수 있는 기준이 국내에는 미비한 상황”이라며 “대체냉매 적용제품의 에너지효율 평가를 위한 연간에너지성능계수(AWEF: Annual Walk-in Energy Factor)기반 측정법이 시급하다”고 밝혔다.

 

현재 성능이나 효율을 측정할 수 있는△KS B 6333 △KS B 6365 등 국내 표준이 있으나 연간운전에 따른 정확한 효율을 판단하기에는 조금 부족한 지점이 있다. 이에 협회는 미국 에너지부(DOE)의 고효율기자재 기준에 채택된 AHRI 1250:2020 표준을 분석했다. 미국 AHRI 1250:2020 표준은 냉동·냉장창고용 CDU의 AWEF를 계산해 CDU효율을 측정할 수 있게 기준을 제시 한 것이다. 'Annual Walk-in Energy Factor'에서 'Walk-in'이란 사람이 들어갔다 나왔다 할 수 있는 냉동창고를 표현한다.

 

AWEF는 연간 냉동시스템이 제거한 총 열량을 같은 기간 소비된 총 전력으로 나눈 값으로 시스템의 에너지효율을 종합적으로 판단할 수 있는 핵심 지표다. AWEF가 높을수록 고효율시스템을 의미한다.

 

 

시험 방식은 △매치페어(Match Pair) 방식 △CDU단독시험 방식으로 나뉘며 협회는 CDU정격용량의 ± 5% 이내에 들어오는 동일한 정격용량의 UC를 같이 설치해 능력을 측정하는 매치페어 방식을 택했다. 이 방식의 측정방법은 냉매유량 및 엔탈피를 이용해 CDU의 냉각능력 산출하는 '냉매 유량법'과 챔버 내 공기엔탈피 변화량을 통해 CDU의 냉각능력 산출하는 '공기 엔탈피법'으로 구성됐다.

 

시험조건은 압축기(Compressor) 운전상태(ON/OFF)를 기준으로 3가지 조건하에서 측정을 진행했다. 전기 제상방식 제품의 경우 건식상태 전열히터 소비전력량을 측정했다. 측정 항목은 Ess, Ecu, EFcomp 등 Comp ON, OFF 상태의 △CDU △유니트쿨러 등의 각 소비전력량과 압축기(Compressor) 작동상태에서 유니트쿨러발열량을 포함한 CDU의 냉장용량인 정상상태 총 냉각능력(Qgross)이다.

 

이 연구원은 제품별 소비전력 산출방식을 설명하며 “특히 냉동창고의 하루운영은 고부하(8시간)와 저부하(16시간)로 나뉘며 이 운전비율을 각각 0.33과 0.67의 가중치로 반영해 실질적 연간 부하상황을 모델링한다”라며 "소비전력 산출에는 제품의 용량제어 방식에 따라 정속형, 2용량형, 가변용량형으로 분류하고 각각의 운전사이클 별로 고유의 수식을 적용한다"고 말했다. 가변형 CDU는 인버터 또는 다단제어방식으로 다양한 운전영역에 대응하므로 중간용량사이클을 대표 모델로 삼아 계산을 수행한다.

 

제상방식도 핵심변수로 다뤄진다. CDU의 제상방식은 △핫가스 △핫가스+전기제상 △전기제상 등 핫가스 방식외 전기히터사용 제상 등으로 구분되며 각 방식에 따른 제상주기와 전력소비량이 효율계산에 반영된다. 제상주기에 따른 분류도 함께 고려돼 적용된다. 적응형 제상방식은 성에 발생여부를 실시간 감지해 최소한의 에너지로 제상하는 방식으로 고효율 설비인증에서 우선 고려될 전망이다.

 

 

협회는 이 같은 측정체계를 토대로 에너지공단과 함께 CDU의 고효율에너지인증대상 기자재적용을 위한 기준안을 개발 중이며 내년 고시를 목표로 AWEF계산 프로그램 개발 및 유효성 검증시험을 진행하고 있다.

 

이 연구원은 “이 측정방식이 CDU에만 국한되지 않고 냉장·냉동기 등 다양한 제품군에 맞게 운전환경 등을 고려해 수식변동을 통한 연간 효율계산을 가능토록 연구 중"이라며 "향후 BIN온도, 부하기간, 계수 값 변경을 통해 대략적인 연간운전효율 계산을 가능케 할 것"이라고 설명했다.

 

차세대냉매규제안 논의중, 행정적 소요시간 관건
배신우 한국가스안전공사 과장은 ‘차세대 대체냉매 냉동기 검사제도’를 주제로 냉동기 냉매전환에 대응하는 검사·기준체계 개선 현황에 대해 발표했다.

 

배 과장은 이번 발표에서 냉동기 제조 및 설치 시 준수해야 하는 고압가스 안전관리법의 적용체계와 법정 냉동능력 산정기준 및 검사제도 구조 등을 발표했다.

 

고압가스 안전관리법은 압력과 냉매성질을 기준으로 적용된다. 압축가스는 상용온도에서 1MPa, 35℃에서 1MPa 이상일 경우 고압가스에 해당한다. 액화가스는 상용온도에서 0.2MPa 또는 35℃에서 0.2MPa 이상일 때 고압가스로 분류된다.

 

또한 가연성, 독성, 비가연성 등 냉매성질을 구분해 냉동기 설치 및 운용 시 허가·신고기준과 냉동능력 산정기준을 달리 적용한다. CO₂는 비독성·비가연성냉매로 분류되며 20RT 이상이면 시설검사 대상이 된다. 반면 암모니아, 프로판 등 가연성·독성냉매는 3RT 이상부터 검사·허가 대상이다.

 

냉동기 검사체계는 제품검사와 시설검사로 나뉜다. ‘제품 검사’는 냉동기를 제조·조립하는 업체가 대상이며 압축기·응축기·증발기 등이 일체형 프레임에 조립된 경우에 적용된다. ‘시설검사’는 냉동기를 구매·설치하는 사용자가 대상이며 각 부품이 분리설치된 특정설비로 구성된 경우에 해당한다.

 

검사대상은 냉매가 고압가스에 해당하고 냉동능력이 일정 기준 이상이어야 한다. 이때 법정 냉동능력(RT)은 압축기의 종류에 따라 계산식이 다르며 △정격출력 △토출량 △냉매 상수값 등을 반영해 산출된다.

 

 

배 과장은 “냉동기의 법정냉동능력은 서로 다른 기기의 냉각용량을 비교할 수 있도록 하는 기준값”이라며 “설비용량이 법적기준을 초과하면 공사의 기술검토, 중간검사, 완성검사, 안전관리자선임, 보험가입 등의 절차를 통해 허가를 얻어야 한다”고 말했다.

 

최근 친환경냉매전환 흐름에 따라 CO₂냉동기나 HFO계열 냉매나 가연성 냉매 관련 질의와 민원이 가스안전공사에 많이 접수되는 추세다. 이에 가스안전공사는 친환경냉매 확대흐름에 따라 CO₂냉동기에 대한 검사기준 개선을 추진하고 있다. 기존 고압가스법 시행규칙과 KGS코드에 명시된 기준은 일부 현장실정과 부합하지 않는 부분이 있어 이를 반영한 개정 작업을 시작한 것이다.

 

 

배 과장은 “친환경냉매와 관련된 별도기준이 있는 것은 아니며 ‘냉동’에 대한 기준은 이미 공사에서 규정하고 있기에 이것을 그대로 적용하면서 CO₂냉동기를 중심으로 설계기준이 현장과 맞지 않는 부분은 제도를 개선하는 것이 맞다는 판단하에 개선을 추진하고 있다”라며 “다만 업계의 양해를 구하고 싶은 부분은 공사가 규정을 개선하는 것은 간단한 절차가 하니며 최소 1년은 소요돼야 가능할 것으로 보며 이런 행정적인 시간 소요를 감안해주길 바란다”고 설명했다.

 

이와 함께 냉매 전환 시 발생하는 △변경허가 및 재검사의무 △민간 검사기관의 검사한계 △CO₂냉동기 안전 확보방안 △사고예방을 위한 안전관리 역량강화 등도 주요 개선 과제로 제시됐다.

 

배 과장은 “규제개선 뿐만아니라 인력 확충, 검사기간 단축 등 업계의 행정적 불편을 줄이기 위한 내부 논의가 진행 중”이라며 “앞으로 지속적으로 업계와의 소통을 강화해 산업트렌드에 맞는 규제개선점을 찾아나갈 것”이라고 밝혔다.