Low GWP(지구온난화지수) 냉매를 적용한 고효율 냉동·냉장시스템이 개발돼 주목받고 있다. 이번 시스템은 에너지절감률 및 COP를 세계 최고 수준으로 끌어올렸으며 Low GWP 냉매인 R448A를 적용해 온실가스 저감 측면에서도 탁월하다.

냉동·냉장·공조분야 선도기업인 대성마리프(대표 최성호)는 한국에너지기술평가원이 2017년 발주한 ‘고효율 냉동·냉장시스템 기술개발, 표준화 및 실증’ 과제를 완료하고 현재 사업화에 박차를 가하고 있다.

대성마리프가 주관한 이번 연구는 △고려대 △한국생산기술연구원 △한국냉동공조인증센터 등이 참여해 각자분야에서 전문성을 발휘하며 과제를 완수했다.

대성마리프는 모듈화 최적설계를 위해 △모듈화 시스템 설계 및 개발 △H COP, Low GWP 냉동·냉장시스템 개발 △부분부하 적응 자동제어장치 개발 등을 수행했다. 고려대는 고효율화 핵심기초기술개발을 위해 △냉동·냉장 성능해석 프로그램 △가스인젝션 기술 △Low GWP 대체냉매 적용 기술 △냉동·냉장 유니트 유지관리 모니터링 기술 등을, 생산기술연구원은 에너지 회수·절감소재분야를 맡아 △초발수 저착상 유닛쿨러 기술 △축냉·축열 PCM 적용 열회수·재이용 기술을 개발했다. 냉동공조인증센터는 시험규격 제정 및 표준화분야에서 △성능시험 규격제정 △KS표준(안) 제정 △성능인증기준 제정 △개발기술 실증평가 등을 맡아 성공적으로 연구과제를 완료했다.

‘고효율 냉동·냉장시스템 기술개발, 표준화 및 실증’ 과제는 식품, 식자재 등 저장에 사용되는 냉동·냉장시스템의 효율향상을 통해 에너지소비를 절감하고 GWP가 낮은 냉매를 적용해 환경규제에 대응하기 위해 추진됐다. 냉동·냉장시스템 모듈화 설계 및 표준화 개발을 달성함으로써 제품성능 및 신뢰성 향상과 함께 가격경쟁력을 확보하고 동시에 국내산업의 국제경쟁력을 제고할 것으로 기대된다.

총 3년에 걸쳐 추진된 이번 과제는 △고효율 냉동·냉장시스템 핵심 요소기술 개발 △신뢰도 향상을 위한 실증시험 △표준화 기술개발 등 총 3단계로 진행됐다.

이를 통해 냉동창고 성능해석 프로그램, FTVI 2단압축 베이퍼인젝션 냉동사이클 설계기술, 유량제어 및 과열도 제어기술 등 시스템 성능향상을 위한 기초기술 개발부터 고효율 Low GWP 냉동·냉장시스템 개발을 위한 Low GWP 냉매선정, Low GWP 냉매적용 시스템 최적화 기술개발, 냉동시스템 현장적용 평가 등의 활동이 이뤄졌다. 또한 발수코팅 기술개발 및 이를 적용한 증발기 개발, 축열·축냉용 잠열 축열재 개발, 시험평가기술 개발 등 시스템 효율향상 및 보급확대를 위한 다양한 내용이 다뤄졌다.

이번 연구개발은 기존 국내 냉동·냉장시스템과 비교해 매우 높은 성능향상을 이룰 수 있었다는 데 큰 의미가 있다. 개발을 완료한 냉동시스템은 COP 1.407로 기존대비 52.9% 상승했으며 냉각열량은 59.5kW로 73.5% 향상됐다. 냉장시스템은 COP 2.406으로 157.3%, 냉각열량은 69.7kW로 28.2% 향상하며 세계 최고 냉동·냉장시스템 성능을 보유한 일본과 동일한 수준을 달성했다.

 

특히 Low GWP를 적용해 글로벌 환경규제에 대응할 수 있는 지속가능성도 주목받고 있다. 지구온난화로 인한 기후이변이 속속 발생하는 가운데 기후재앙이라고 표현되며 위기의 심각성을 부각시키고 있다. 냉동·냉장시스템에 사용되는 냉매는 GWP의 기준점이 되는 CO₂(1)의 수 천배 이상 높은 GWP를 보유하고 있어 Low GWP 냉매를 사용할 수 있는 시스템 개발이 시급한 실정이다.

하지만 각 냉매마다 고유의 물성치를 가지고 있어 냉동·냉장시스템 적용 시 효율성, 가연성, 유독성 등 다양한 요인을 고려해야 하기 때문에 쉽게 해결될 수 없는 문제로 인식되고 있다.

이번 과제에서는 GWP가 1,274인 R448A 냉매를 채택했다. 냉매선정의 근거로 높은 효율성과 불연성·무독성 등 안전성에서 높은 점수를 받았다.

현재 국내 냉동·냉장시스템에서 널리 사용되고 있는 R22와 비교했을 때 R448A는 오존층파괴지수(ODP)가 없고 GWP도 R404A(3,922), R507A(3,985)보다 현저히 낮아 향후 글로벌 냉매규제가 진행될 경우에도 장기적으로 사용이 가능하다. R404A와 동일한 성능을 내기 위한 R448A의 유량이 적기 때문에 효율이 높고 배관경도 작게 만들 수 있다는 장점이 있다.

냉동·냉장시스템 및 성능측정시험방법 등 시험평가를 위한 단체표준과 KS표준(안)도 개발해 시작품 성능 및 운용 신뢰성 평가에 적용했다.

특히 이번 과제의 결과물은 한국에너지공단이 운영하고 있는 에너지효율관리제도의 고효율에너지기자재인증 품목으로 지정받기 위한 근거자료로 제출됐다. ‘고효율 상업용 냉동기’ 품목지정을 위해 담당부서인 효율기술실과 협의를 진행하고 있다.

냉동·냉장시스템의 경우 전력사용량이 많고 운용시간이 긴 대표적인 에너지다소비 제품임에도 불구하고 국가차원에서 관리하지 않아 현장에서는 상대적으로 효율이 낮은 제품들이 운용되고 있다. 

고효율기자재 인증품목에 편입된다면 연중 운전과 부하변동이 잦은 저온저장고 및 편의점, 슈퍼마켓, 할인점 등에 적용될 가능성이 클 것으로 기대된다. 냉동·냉장시스템에 고효율 기술을 적용해 최적조건으로 제어하면 기존 냉동기대비 연간 30~40% 에너지절감이 가능할 것으로 예상된다.

대성마리프는 이번 과제를 통해 소형 모듈의 연결운전으로 대용량 시스템에 대응이 가능한 냉동·냉장 모듈화시스템을 개발하며 설계·제작의 표준화 및 제품성능·신뢰성 향상과 함께 가격경쟁력 확보가 가능할 것으로 기대하고 있다.

대성마리프의 관계자는 “효율향상에 적용한 다양한 친환경 신기술을 기반으로 한 적극적인 소비자설득으로 타 제품과의 차별성을 높일 계획”이라며 “냉동·냉장을 겸용할 수 있는 시스템으로 시설의 설치부지 및 설치비를 절감하고 활용도를 제고해 탁월한 경제성을 띌 것”이라고 말했다.

이어 “상용제품에는 AI기술을 연계하고 신기술인증, 녹색기술인증, 고효율기자재인증 등 다양한 외부기관의 성능확인을 획득할 것”이라고 말했다.