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특별기획

무급유·신냉매 적용, 가장 ‘핫’ 이슈

반도체 등 경기 따라 시장 ‘들쑥날쑥’
빙축열 지원금 축소·IDC 확대, 희비
10월1일 최저효율제, 여전히 ‘갑론을박’


에너지절감에 대한 문제는 세계적인 이슈로 보다 심각해지고 있고 있다. 이중 빌딩에서 소비되는 에너지의 상당량이 HVAC시스템에서 사용되고 있다. 이에 따라 고효율냉동기 선정은 효율적인 HVAC시스템 구성을 위한 중요한 요소로 빌딩에너지절감의 토대가 된다. 특히 냉동기의 수명은 특수한 경우를 제외하고 최소 20년 이상 사용해야하기 때문에 장비의 품질 및 성능의 신뢰성이 무엇보다 중요한 선정요소가 된다.


과거 환경보전에 대한 관심은 오존층파괴를 지수로 표현한 ODP에 집중됐다면 최근에는 기후변화의 주된 원인으로 지적되고 있는 지구온난화를 방지하기 위한 GWP(지구온난화지수) 저감에 전 세계적인 노력과 관심이 더욱 집중되고 있다.


세계 냉동공조설비시장은 2017년 219억4000만달러에서 2022년에는 324억7,000만달러로 연평균 약 10% 이상 성장할 것으로 예측되고 있다. 이같은 성장은 친환경 냉매 사용 및 고효율 기술개발로 인한 가격상승이 주요요인으로 꼽히며 장비의 콤팩트화도 주요트렌드가 될 것으로 분석된다.


국내 터보냉동기시장은 대략 1,000억~1,200억원 규모로 산업용이 60%를, 건물 및 상업용이 40%를 점유하고 있는 것으로 업계에서는 분석하고 있다. 산업용에서 가장 많이 터보냉동기를 소비하는 반도체와 디스플레이공장 투자에 따라 전체 시장규모의 변화가 큰 것이 터보냉동기시장의 가장 큰 특징 중 하나다. 최근 건축경기 불황도 터보냉동기시장 확대의 걸림돌이 되고 있다. 국내 건축시장규모는 지난 2015년 총1억9,100만m³가 허가됐으나 2018년 1억6,000만m³로 16% 이상 줄었다.


상업용 건물은 에너지이용합리화법에 따라 전기식은 40%밖에 사용할 수밖에 없고 그동안 빙축열시스템과 함께 터보냉동기로 많이 사용됐으나 최근 빙축열 보급이 축소되면서 상업용시장 성장은 제한적이기 때문이다. 상업용의 경우 제도상 흡수식냉온수기 및 빙축열이 메인으로 터보냉동기 비중이 상대적으로 적은 반면 산업용이 사실상 터보냉동기의 메인시장으로 분석된다.


업계의 한 관계자는 “산업용 시장 중 반도체, 디스플레이, 배터리, 데이터센터 등은 지속적으로 성장하고 있는 수요처이자 에너지다소비업종으로 실질적으로 에너지소비를 줄일 수 있는 인버터 제품의 비중이 증가하고 있다”라며 “이와 함께 열교환 손실, 베어링 손실을 줄일 수 있는 무급유 터보냉동기 제품군의 성장이 두드러지고 있다”고 밝혔다.


최근 데이터센터(IDC) 증가는 터보냉동기의 수요를 꾸준히 끌어올리고 있으며 데이터센터 흐름에 따라 메인시장의 축소폭을 줄여 터보냉동기시장을 유지시킬 수 있을지 키포인트가 되고 있다.


터보냉동기는 빙축열시스템과 같은 저온시스템에 효과적인 시스템으로 심야전력 보급사업이 활발했던 시기에 대세로 떠올랐지만 최근 축열시장이 냉난방이 가능한 히트펌프를 이용한 수축열시장으로 전환되면서 터보냉동기시장 축소도 불가피한 상황이다.


현재 빙축열분야의 축냉설비 지원금은 2013년 120억원으로 최고점을 기록한 이후 2014년 83억원, 2015년 69억원, 2016년 62억원, 2017년 58억원, 2018년 42억원, 2019년 39억원으로 매년 감소추세다.


터보냉동기업계의 한 관계자는 “터보냉동기시장은 에너지절감, 유지보수 편리성, 설비 면적 등에 장점을 갖고 있는 무급유 인버터 터보냉동기가 시장 동향의 큰축으로 확대되고 있다”라며 “산업프로세스용의 1,000RT 이상 대용량에서는 저전압 인버터 적용 한계로 인해 고효율 정속도 터보냉동기가 여전히 시장을 유지하고 있다”고 밝혔다.


대세된 무급유 터보냉동기상업

빌딩용 HVAC시스템은 에너지 효율과 운전비용 절감에 기여하는 무급유 인버터 터보냉동기시장이 확대되고 있다. 무급유는 △마그네틱 베어링 △에어베어링 △세라믹베어링 등을 사용해 기존 급유방식의 원심식 터보냉동기와 구별된다.


무급유 인버터 터보냉동기는 오일을 사용하지 않기 때문에 필터, 오일펌프, 쿨러, 히터, 유분리기, 배관 등 오일과 관련된 부품이 필요없어 유지보수비용이 크게 줄어든다. 그리고 오일순환(냉매오염) 계통 문제로 인한 냉동기 고장 및 성능 저하가 없기 때문에 냉동기의 안정적인 성능을 유지할 수 있어 냉동기시장에서 주목받고 있다.


마그네틱 베어링을 사용하는 가장 큰 장점은 유지보수비의 혁신적인 절감이다. 일반적인 오일윤활베어링의 터보냉동기를 사용할 경우 25년 사용 기간 동안 초기투자비보다 많은 비용을 유지보수비용으로 지불해야 한다. 하지만 무급유 마그네틱 베어링을 사용할 경우 초기투자비의 10%에 불과한 것으로 나타났다.


현재 국내에 공급되고 있는 무급유 터보냉동기는 댄포스의 터보코(Turbocor) 압축기를 사용해 냉동기를 제조하는 센추리, 하이에어코리아, 문명에이스(수입사: 멀티스택), 한국코로나(수입사: 엔지)와 압축기를 자체 개발한 냉동기 제조사인 존슨콘트롤즈(요크), LG전자가 치열한 경쟁을 펼치고 있다.


무급유 터보냉동기의 글로벌시장은 2016년 2억3,900만달러에서 2018년 3억3,500만달러로 연평균 18% 이상 증가했지만 중국과 한국은 무급유시장 성장이 더욱 가파르다. 중국의 경우 2016년 9,100만달러에서 2018년 1억6,200만달러로 무려 78%, 한국은 2016년 390만달러에서 2018년 800만달러로 무려 105%급증한 것으로 분석됐다.


업계의 한 전문가는 “AHRI에서 규정한 냉동기 운전시간의 가중치를 보면 정격부하 운전시간은 전체운전시간의 1% 밖에 안되고 나머지 99%는 부분부하에서 운전하고 있기 때문에 부분부하효율이 더욱 중시되고 있다”라며 “이에 따라 건물의 냉방운전비용을 절감하려면 가능한 낮은 냉각수 온도에서 안정된 냉동사이클이 작동되는, 결국 부분부하효율 (IPLV/NPLV)이 높은 냉동기를 찾아야 하며 압축기 회전수를 제어하는 인버터 장착형 터보냉동기가 최적의 해법이 될 수 있다”고 강조했다.


친환경 냉매 중요성 부각

키칼리 개정의정서에 의해 2019년 6월 현재 198개국 중 72개국이 비준을 완료했으며 우리나라도 올해 내 비준을 받을 계획인 것으로 알려지고 있다. 개정의정서 이행 주요 내용 중 HFC 18종(R134a 포함)에 대해 2024년 동결, 2045년까지 2024년 동결 수량의 80% 감축 목표가 명시돼 있다. 이에 대한 대응 전략으로 터보냉동기 제조사들은 친환경 냉매(R1233zd 또는 R1234ze)를 적용한 터보냉동기를 개발, 속속 출시하고 있다. 국내 첫 실적은 존슨콘트롤즈가 울산의 M공장에 설치, 정상운전되고 있다.


터보냉동기시장은 친환경냉매의 중요성이 부각되고 있다. 현재의 주요 제조사가 적용하고 있는 고압냉매인 R134a를 대체할 수 있는 GWP가 거의 ‘0’에 가까운 HFO계열의 냉매인 R1233zd 또는 R1234ze로 전환된 터보냉동기시장 유입이 시작되고 있어 시장판도 변화의 변수 가 될 수 있을 것으로 전망된다.


업계의 한 관계자는 “터보냉동기에서 주로 사용해온 HFC계열의 R134a에 대한 규제가 앞으로 강화될 것이 전망됨에 따라 HFO냉매에 대한 관심이 높아지고 있다”라며 “HFO냉매가 개발된 가장 큰 이유는 지속가능성을 위해 GWP가 낮은 냉매를 통해 탄소 발생량을 감소시키고자 하는 것”이라고 밝혔다.


최저효율제 도입 논란 여전
냉방 부하가 많은 시설의 경우 터보냉동기는 가장 높은 효율로 냉방부하를 처리할 수 있는 제품이다. 현재 어떤 제품도 이를 대체할 수 있는 제품은 없다고 해도 과언이 아니다.


최근 국내 법규는 터보냉동기를 기존의 고효율기자재에서 최저소비효율제로 전환해 10월1일부터 시행된다. 하지만 이에 대한 업계의 의견이 여전히 엇갈리고 있다.


최저소비효율제를 찬성하는 업계의 한 관계자는 “최저효율제는 추후 등급제 전환을 위한 가교역할로 장기적으로는 도움이 될 것”이라며 “다만 인증방법에 대한 업계의 부담 증가는 고효율 제품 보급을 통한 에너지절감 등 국가적 차원에서 지원방안이 필요하며 특히 터보냉동기는 에어컨 등 양산제품과 다르게 현장맞춤형 제작으로 거의 모든 프로젝트별 별도로 인증을 받아야 하는 경우가 많기 때문에 인증전환 시 고려해야 한다”고 지적했다.


이에 반해 최저효율제 전환을 반대하고 있는 업계의 관계자는 “ASHRAE 데이터에 따르면 냉동기가 설계조건에서 운전되는 비율은 연간 1%에 불과하며 대부분 운전시간 동안 부분부하로 운전되지만 모든 법규는 COP만을 기준으로 성능을 평가하고 있다”라며 “흡수식 냉동기는 이미 IPLV를 기준으로 고효율기자재 지정을 하고 있는 만큼 제도개선이 시급하다”고 지적했다.


결국 터보냉동기의 성능을 평가할 때 COP에서 IPLV(or NPLV)로 점차 변경하고 AHRI인증 데이터를 인증함으로써 시험에 따른 불필요한 비용을 줄여 줄 것을 요구하고 있는 것이다.


또 다른 업계의 관계자는 “터보냉동기는 용량이 큰 만큼 별도의 시험기관에서 시험이 불가능하고 보통 제조사의 공장에 서 성능시험을 진행하고 있다”라며 “그러나 최저효율제 시행으로 모든 터보냉동기는 용량별로 제조사의 공장에서 성능시험을 해야 한다”며 수입사에 불리한 조건이라고 지적했다.