30~40%의 높은 에너지절감이 가능한 ‘고효율 인버터 상업용 냉동기 유닛(이하 인버터 냉동기)’이 고효율에너지기 자재 관리대상에 포함돼야 한다는 목소리가 높다. 

2050년 탄소중립사회 실현을 위한 에너지전환과 더불어 냉동·냉장시장의 고효율제품 확대를 통한 에너지절감 필요성이 제기되고 있어 한국에너지공단은 현재 운영 중인 고효율에너지기자재 인증제도 개선을 위해 관련업계 의견을 수렴하고 있다. 

인버터 냉동기는 기존 정속형 냉동기 대비 연간 30~40%의 에너지절감이 가능하다. 또한 소음 감소효과가 있어 최근 이 슈가 되고 있는 주거소음 분쟁 해소방안으로 기대효과가 크다. 

실제로 쇼케이스, 쿨러 등에서 소비하는 전기가 전체 전기사용량의 40%를 차지하는 편의점 9곳을 대상으로 국내 제조사가 개발한 인버터 냉동기를 적용한 결과 기존 냉장시스템대비 평균 38%의 전기사용량을 줄이는 효과를 확인했다. 전기사용량 절감을 통한 투자비 회수기간은 약 7개월로 예상하고 있다. 

특히 냉동·냉동시스템의 인버터 냉동기 적용은 에너지절감 효과와 함께 GWP(지구온난화지수)가 낮은 냉매를 적용해 온실가스 발생을 줄일 수 있어 국가의 친환경정책에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 

에너지정책에 대한 주요 선진국협의체인 SEAD(Super-Efficient Equipment & Applicance Deployment)의 분석에 따르면 상업용 고효율 냉동·냉장시스템을 전면적으로 채택할 경우 2030년까지 매년 약 90TWh의 에너지를 절약할 수 있을 것으로 전망했다. 이는 중형발전소 30개소에 해당하는 에너지이며 이를 통해 연간 3,900만t의 온실가스를 절감할 수 있다. 

또한 국내 슈퍼마켓, 편의점, 저온저장고 등의 냉동·냉장시스템에 적용할 경우 500MW 용량의 화력발전소 2기분인 988MW를 절감할 수 있으며 360만t의 온실가스 감축이 기대된다. 

인버터 냉동기, 최적운전·에너지절감·변질방지 
인버터 냉동기의 주요 구성품은 △전원변환장치 △입력부 △프로그램 △인버터모듈 △출력부 등이다. 

전원변환장치는 AC(교류)전원을 DC(직류)전원으로 변환하는 컨버터와 DC전원을 다시 가상의 AC전원으로 전환하는 인버터로 이뤄져 있다. 

입력부는 주위온도 및 시스템압력을 수집하는 온도센서와 압력센서로 구성돼 있으며 프로그램은 각 센서로부터 상태값들을 수집해 최적의 상태로 운전될 수 있 도록 계산해 인버터모듈로 전송한다. 

인버터모듈은 전송받은 데이터를 바탕으로 회전수를 단계별로 조절해 구동출력을 압축기로 전송한다. 출력부는 전자밸브로 구성된 시스템으로 BLDC압축기, 팬 모터, 압축기 압력과 온도를 제어한다. 

이를 통해 인버터 냉동기에 연결되는 실내기제품의 부하용량에 맞게 압축기 회전수(rps)제어값을 사용자가 온도컨트롤러에서 설정변경할 수 있어 최적화된 압축기 회전수 제어가 가능하다. 이에 따라 에너지절감기능이 구현되며 제품의 신뢰성이 향상되는 효과를 낸다. 

또한 고장진단 및 시스템 모니터링 제어기술이 적용돼 현장뿐만 아니라 어디서나 시스템의 운전상태를 실시간 모니터링할 수 있어 최적운전조건을 유지할 수 있다. 

이와 함께 EEV(전자식 팽창밸브) 통신 제어로 여러 대의 실내기를 최적부하로 제어할 수 있어 안정적인 상품온도 유지가 가능하고 이로 인한 압축기 운전율 감소로 에너지절약이 가능하다. 특히 생산지부터 소비지까지 안정적으로 온도를 유지할 수 있어 온도변동률이 적고 식품안전성 확보에 기여할 수 있다. 

현재 국내 인버터 냉동기술은 편의점, 중대형마트, 냉동·냉장창고, 저온창고 등 다양하게 적용되고 있으며 유럽의 통합규 격인증(CE)을 획득하는 등 세계시장에서도 경쟁력을 인정받고 있다. 

업계는 인버터 냉동기 생산 시 고효율 기기에 적용할 수 있는 기술기준 및 시험 기준으로 △KS B ISO 916(냉동시스템의 시험) △KS B ISO 917(냉매압축기 시험) △KS B 6226(냉동용 압축기의 정격온도 조건) △KS B 6333(콘덴싱유닛의 시험방 법) △KS B 6365(냉동용 압축기 능력시험 방법) △KS B 6366(냉동장치의 성능시험 방법) 등을 제시하고 있다. 

저가수요 시장형성…기술발전 ‘걸림돌’ 
현재 국내 인버터기술은 가전용 에어컨시스템에 적용되고 있으며 LG전자, 삼성전자, 캐리어에어컨에서 독자적인 기술이 개발돼 상용화되고 있는 상황이다. 

냉동·냉장시스템 전용 인버터기술은 상용화되고 있으나 소형일부에 적용되고 있다. 대용량의 경우 개발단계에 머무르고 있다. 다수의 압축기를 연계하는 멀티형 통합제어기술 또한 개발단계에 있다. 

이에 반해 일본의 경우 대기업을 중심으로 인버터 응용기술을 개발해 소용량뿐만 아니라 대용량 멀티 통합제어기술로 발전시켰다. 대형 냉난방시스템과 냉동·냉장시스템에 적용해 국가에너지 절감에 기여하고 있다. 

냉동·냉장시스템 인버터 적용기술은 일본이 가장 많이 발전돼 있으며 도시바 캐리어, 다이킨, 미쓰비시 등이 선두에 있다. 특히 멀티형 통합제어기술은 일본에서도 도시바캐리어, 다이킨 등 일부기업만 보유하고 있으며 멀티형 통합제어기술을 대형시스템에 적용해 에너지를 획기적으로 절감하고 있다. 

또한 중국의 경우 인버터기술을 응용한 냉동·냉장시스템 보급이 확대되고 있어 관련산업이 동반성장 중이다. 

업계의 한 관계자는 “현재 국내 냉장· 냉동시스템 제품은 저가수요 중심으로 시장이 형성돼 인버터기술이 적용된 고효율제품 확대가 어려운 상황”이라며 “농가형 및 학교급식용 등 정부 보조지원 사업에 고효율제품을 적용하도록 제도를 개선해 고효율제품을 육성해야 관련 산업의 기술발전과 수출경쟁력을 제고할 수 있다”고 밝혔다. 

이어 “냉동·냉장분야 에너지절감형 인버터시스템 기술확보를 통해 일본과의 인버터 응용기술 격차를 줄여 동남아 등 높은 전력비 사용 국가에 대한 수출 기반 확보도 가능할 것”이라고 덧붙였다. 

업계의 또 다른 관계자는 “현재 냉동· 냉장시장은 가격경쟁력에 치우쳐 형성된 나머지 에너지효율성에 대한 인식이 매우 부족하다”라며 “EU의 경우 이미 공랭식 콘덴싱유니트에 대해 MEPS(Minimum Efficiency Perfomance Standard)라는 최소에너지 효율기준을 적용 중”이라고 밝혔다. 

이어 “에너지절감은 탄소배출량 절감과 직결돼 장기적인 관점에서 인버터 냉동기의 고효율기자재 인증품목 추가는 반드시 추진돼야 한다”라며 “수입품의 경우 해당 국가의 공인인증기관에서 인증을 취득한 경우 고효율기자재 인증 등 국내 인증절차를 면제해주는 방안도 고려돼야 한다”고 주장했다.