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친환경 대체냉매 건물용 히트펌프 개발

GWP 10↓·A1~A2L VRF 개발…170여억원 책정
에기평, 2021년도 E기술개발사업 신규과제 선정

차세대 대체 냉매 및 건물용 고효율 냉난방기기인 히트펌프에 대한 핵심 기술·통합 운영시스템이 개발된다. 

한국에너지기술평가원은 최근 2021년도 에너지기술개발사업 신규과제로 ‘차세대 대체 냉매 및 고효율 냉난방기기 핵심기술·통합 운영시스템’을 선정했다. 이번 연구개발 기간은 60개월 이내이며 1차년도 정부출연금은 18억원 내외로 총 정부출연금은 170억원 내외가 될 것으로 보인다. 주관기관은 대학 또는 연구기관 등이며 중소·중견기업 참여는 필수다.

국가 온실가스 배출 감축의 주요 수단인 지구온난화지수(GWP)가 낮은 냉매 개발을 위한 정책적, 기술적 지원이 필요한 상황에서 이번 과제를 통해 효과적인 온실가스 감축 이행을 위해 냉매의 GWP을 낮추는 직접 효과와 함께 시스템 효율향상을 통한 구동에너지 절감 및 온실가스 감축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 

또한 국내에서 사용하는 주요 냉매는 외국기업 제품을 전량 수입해 사용하는 상황으로 에너지기기산업 성장을 위한 국내 독자기술을 확보한다는 의미에서는 필요한 과제로 보여진다. 

이번 과제의 최종목표는 사용 가능한 냉매 규제에 대응 가능한 GWP가 낮은 친환경 대체냉매와 최적화된 건물용 히트펌프(VRF)시스템 기술을 확보하는 것이다. 이에 따라 현 건물용 냉난방시스템에 주로 사용되는 냉매인 R410A를 대체할 수 있는 친환경냉매 기준인 GWP 10 이하이며 A1~A2L등급의 대체냉매 개발 및 성능평가 인프라를 구축하는 것이다. 

이를 위해 GWP 750 이하이며 A1~A2L등급의 대체 가능 냉매 후보군을 대상으로 △열역학적 물성(밀도, 엔탈피, 엔트로피, 상변화잠열, 점성계수 등) △열전달 성능(열교환기 형상 및 상변화 여부에 따른 열전달 상관식) △안정성 △오일적합성 등을 평가해 냉매 특성 데이터베이스 확보하고 냉매 LCCP(Life Cycle Climate Performance: 생애주기 전체 이산화탄소 배출량) 등을 분석해 친환경 냉매 제조기술 개발 및 양산화해야 한다. 

또한 대체냉매의 안전성(가연성 및 독성) 평가와 냉매 적용을 위한 시스템 설계 및 설치에 대한 안전규격 제정 등 대체냉매 안전성 평가기술은 물론 대체냉매 적용 건물용 히트펌프(VRF)시스템 최적화 기술도 개발해야 한다.

기존 시스템에 냉매 적용 결과 분석을 바탕으로 GWP 10 이하, A1~A2L, HC계열 냉매 대응성을 확보해 히트펌프시스템 적용성을 평가하고 GWP 750 이하 실증, A1~A2L등급 대체냉매 적용 히트펌프시스템 개발 및 최적화해야 한다. 또한 개발된 대체냉매 적용이 가능하고 기존 대비 에너지효율을 향상시키기 위한 고효율 부품(열교환기, 압축기, 팽창장치 등) 개발 등에 이번 연구에 포함됐다. 

특히 △냉매 충전량 저감, 안전 확보 기술 △대체냉매 적용 시스템의 에너지 효율 최적화 기술 △실증평가를 통한 운전 안정성(연속 운전시간 제시필요) △경제성 평가를 통한 개발된 대체냉매 적용 시스템의 효용성 등을 입증해야 한다.

이번 과제의 성공을 위해서는 A2L냉매의 안전성(가연성 및 독성) 평가에 기반한 위험도 분석이 필요하며 이를 검증하고 공인받기 위한 활동 계획도 제시해야 한다. 또한 냉매 규제 시기(키갈리 협정 이행 시기)를 고려한 관련 중소·중견기업 기술 자립화 및 사업화 달성 등 시장 진입 계획도 제시해야 한다. 

특히 개발 냉매와 적용 시스템의 시장 진입을 위해서는 ISO817와 ASHRAE 34의 냉매번호 부여와 함께 국내뿐만 아니라 국제적으로 개발 냉매의 사용이 가능할 수 있도록 기술 및 정책에 대한 국내, 국제 활동도 수반돼야 한다. 

이번 과제는 ‘안전관리형 과제’인 만큼 사업계획서 제출 시 ‘과제별 안전관리계획’을 제출해야 하며 해당 안전관리 전문기관으로부터 정기적인 점검 또는 검사(연 1회 원칙)를 받아야 한다. 

또한 실내기 연결 부위에 설치 미숙, 운전 중 기밀성능 저하 등으로 냉매 누설 가능성과 개발 냉매의 독성에 의한 위험성 대비 안전 관리방안 수립이 필요하다.