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[인터뷰] Heinz Jürgensen BITZER 제품성능이사

“허용배출량 감축 F-Gas규정 개정
EU, 보다 L GWP 냉매 사용 권장”
CO₂·프로판·암모니아 등 자연냉매 솔루션 증가

올바른 냉매선택은 냉동공조 및 히트펌프시스템이 효율적이며 환경친화적인지 뿐만 아니라 누출로 인해 몇 년안에 시스템이 쓸모없게 될 수 있을지에 대한 여부에도 영향을 미친다. BITZER는 다양한 제품 솔루션, 냉매보고서, 디지털서비스 및 교육과정을 통해 고객이 적절한 냉매를 선택할 수 있도록 지원하고 있다. Dr. Heinz Jürgensen BITZER 애플리케이션 엔지니어링 및 제품성능이사는 올바른 냉매를 선택 방법 중요성과 자연냉매 사용방법에 대해 특별 서면인터뷰를 진행했다. 

■ 오늘날 가장 중요한 냉매규정은 무엇인가
EU에서는 의심할 여지없이 개정된 F-Gas 규정 517/2014이다. 2022년 10월 139개 회원국으로 구성된 유럽경제지역(EEA) 외 지역도 몬트리올의정서에 대한 키갈리개정안(Kigali Amendment)의 영향을 받는다. EU의 REACH 화학물질규제를 통해 PFAS(Per-and Polyfluoroalkyl Substances)에 대해 제안된 제한사항이 마련되고 있다.

■ 이 규정이 얼마나 시급한가  
수정된 F-Gas 규정은 곧 유럽의회, 유럽이사회 및 유럽위원회간 협상을 의미하는 3자 협의 단계에 들어갈 것이다. 유럽의회 환경위원회는 최근에야 위원회의 초안에 대한 성명을 발표했으며 가까운 시일 내 유럽이사회의 성명이 있을 것으로 기대한다. 개정안에 대한 협상은 2023년 2분기에 완료돼야 한다. 개정안의 초기 광범위한 조치는 2024년 1월에 발효되며 이는 현재 규정을 기반으로 원래 예상했던 것보다 빠른 것이다. 

■ 개정된 F-Gas 규정은 어떤 영향을 미치나  
2022년 4월 발표된 위원회의 초안은 허용된 배출량을 더 줄이는 것을 목표로 한다. 제조업체와 운영자는 기존 냉동시스템의 유지보수 및 수리를 위해 향후 몇 년 동안은 새로운 냉매 또는 재활용 냉매를 사용할 수 있을 것으로 예상할 수 있다. 


신규 시스템의 경우 GWP가 거의 0에 가까운 냉매만 사용할 수 있다. 이에 따라 R454C, R455A 및 R1234yf와 같은 점점 더 제한되고 값비싼 플루오르화물질을 사용해 기존 시스템을 계속 사용할 수 있으며 R513A, R450A, R448A 및 R449A를 사용하는 빈도는 점점 줄어들게 된다. 

유럽의회 환경위원회에서 발표한 성명으로 돌아가서 2024년부터 또는 응용분야에 따라 2027년부터 냉동에는 더 이상 새로 생산된 플루오르화물질이 필요하지 않을 수 있다. 이러한 요구 사항은 훨씬 더 엄격하며 진행 중인 협상을 놓고 보면 어떤 결과가 나올지 예단하기 어렵다. 

최근 설문조사에 따르면 많은 EU국가들이 보다 엄격한 규정을 지지하는 것으로 나타났다. 제안된 PFAS규정은 R1234yf 및 R1234ze와 같이 지구온난화지수(GWP)가 낮은 최신 불포화화합물을 포함해 많은 HFC에 적용되므로 이용 가능한 잠재적 솔루션 범위를 다시 한 번 줄일 수 있다. 아이디어는 특히 이러한 물질이 전반적인 온실효과를 감소시킬 것이다.

■ 얼마나 많은 시스템이 영향을 받나
우리는 개별로 kW에서 MW에 이르는 용량을 가진 최소 수백만대의 냉동 및 공조시스템과 히트펌프가 EU에서 영향을 받을 것으로 예상하고 있다.  이들 대부분은 장기적으로 사용가능한 냉매로 전환할 수 있도록 설계돼 있지 않다.

■ F-가스 규정은 EU에서만 적용되나 
주변 국가들은 EU에서 진행되고 있는 상황에 대해 주시하고 이를 통해 배우기를 바란다. 전 세계적으로 몬트리올의정서에 대한 키갈리개정안은 불화 온실가스 배출량을 줄이는 데 도움이 될 것이다. 그러나 단계별 계획은 EU 규정에 비해 다소 지연되고 있다. 많은 국가에서는 이미 해당 조치계획을 수립했다. 

■ 많은 기업들이 자연냉매 전환을 주저하고 있는데  
제 생각에는 많은 냉동시스템 운영자, 특히 소규모 슈퍼마켓, 레스토랑, 제과점 및 정육점은 이러한 변화가 얼마나 빠르고 광범위하게 영향을 미칠지 인식하지 못하고 있다. 그들은 F-Gas 규정 및 기타 냉매규정에 관한 정보를 얻는데 제한적이다. 그들에게 냉동·냉장시스템은 가능한 효율적이면서도 저비용으로 작동해야 하는 도구이기 때문에 결국 장기적인 솔루션에 대한 시장수요가 낮을 수밖에 없다. 또한 규제 일정이 얼마나 시급한지 모르고 있을 가능성도 크다. 오늘날 사람들이 15~20년 동안 시스템 유지관리 및 작동에 사용할 수 있는 냉매를 고려한다면 CO₂, 프로판 및 암모니아 솔루션에 대한 수요는 분명히 증가할 것이다.  



■ 자연냉매 사용 시 주의사항은
프로판 또는 R290은 상업용 냉장에 적합한 냉매다. 비점이 –42℃이며 -40℃ 이상 온도에서 증발할 수 있다. R404A와 마찬가지 프로판은 압축 시 문제없이 변동하는 온도를 수용할 수 있다. 탄화수소계열 냉매인 프로판은 가연성이 매우 높으므로 작업환경에 대한 심도있는 위험평가와 발생 가능한 위험을 최소화하기 위한 안전대책을 구현해야 한다. 특히 유지보수에 있어서는 안전규칙을 신중하고 엄격하게 준수해야 한다.  

BITZER는 프로판 적용이 가능한 2실린더에서 8실린더까지 전체 용량범위의 왕복동 압축기를 공급하고 있다. 공조 및 공정 냉각용 컴팩트 스크류 압축기와 복합시스템용 반밀폐형 스크류 압축기도 프로판 및 유사한 냉매인 프로필렌 적용도 가능하다. 

이산화탄소 또는 R744는 이미 매우 일반적인 냉매다. 가연성은 아니지만 90~130bar의 정도의 작동압력을 갖기 때문에 훨씬 더 높은 압력수준의 시스템설계가 필요하다. 이는 전체 시스템설계, 제어 및 유지보수가 다르다는 것을 의미한다. 2단 CO₂시스템의 경우 BITZER는 저온 및 중온 응용분야에 맞게 특수 설계된 압축기를 출시하고 있다. BITZER SCHAUFLER Academy에서는 이러한 유형의 시스템설계에 대해 포괄적인 교육을 제공하고 있다. CO₂압축기를 적용한 시스템은 특히 상업용 냉동·냉장분야에 중간 용량에서 더 높은 용량이 필요한 경우 매우 경쟁력 있는 제품이다. 

■ 초임계 CO₂응용분야 신제품을 출시했는데 
신제품 8실린더 초임계 CO₂왕복동 압축기는 이전보다 더 적은 수의 압축기로 대형 냉동시스템 및 히트펌프 응용분야에 적용이 가능토록 개발했으며 ECOLINE CO₂시리즈의 용량범위를 확대했다. 이번 신제품은 현재 시장에 공급되고 있는 더 작은 사이즈인 6실린더 압축기보다 약 10% 더 효율적이기때문에 에너지 및 탄소 배출량을 줄일 수 있다. 

외장형 주파수 인버터 적용이 가능한 BITZER 8실린더 CO₂왕복동 압축기의 토출량 범위는 69.4~99.2m³/h(50Hz 기준)인 2가지 모터 버전으로 제공한다. 또한 부분부하 작동을 위한 VARISTEP 기계식 용량제어뿐만 아니라 무부하기동 기능도 갖추고 있다. 8실린더 CO₂왕복동 압축기는 가스맥동, 진동 및 기동전류가 낮은 특징을 갖고 있다. 개선된 가스가이드는 내부 압력 강하를 최소화하는 동시에 오일 캐리오버비율도 낮다. IQ 모듈 및 OLM 오일 관리시스템 덕분에 압축기의 통합, 설치, 작동 및 서비스가 용이하다. 

BITZER는 2003년 이후 주로 상업용 냉동시스템으로 27만개 이상의 CO₂압축기를 판매했으며 판매량은 계속 증가하고 있다. 또한 수송용, 히트펌프 및 산업용 응용분야에 대한 수요도 꾸준히 증가하고 있다. CO₂응용분야를 위해 새롭게 개발된 가변 BITZER 이젝터는 8실린더 CO₂왕복동 압축기와 작동에 적합하며 가장 엄격한 에너지효율성 요구사항을 충족한다. 

■ 암모니아는 냉매로서 어떤가
암모니아는 일반적으로 100kW 이상 용량을 가진 대형시스템에서 냉매로 사용되지만 일반적으로 주거지역 인근에서는 사용되지 않는다. 강관, 만액 증발기 및 불용성 오일을 사용하는 암모니아에 대한 입증된 시스템기술은 일반적인 상업용 냉동응용분야에 적합한 솔루션이 아니다. 또한 몇 가지 안전요소를 고려해야 한다. 

일반적으로 충전량이 높아 암모니아가격은 다른 냉매보다 훨씬 저렴하며 이는 주로 대형 냉동시스템에 유리하게 작용한다. BITZER는 암모니아 응용분야에 적합한 새로운 고효율 스크류 압축기에 대한 제품군을 공급하고 있다.

■ 암모니아 냉동시스템용 압축기는 어떤 제품인가 
신제품 OS.A105 개방형 스크류 컴프레서를 통해 BITZER는 산업용 암모니아 냉동시스템용 암모니아 스크류 컴프레서 제품군을 확장하고 있다. 세 가지 토출량(2,900rpm기준 1,400, 1,700 및 2,000m³/h) 라인업이 있으며 증발 온도가 -10℃기준에서 기존의 중온응용분야에서 2,900rpm기준 950~1,400kW의 냉각용량을 제공한다.

압축기는 외장형 주파수 인버터와 함께 사용토록 설계됐기 때문에 토출량(각 압축기의 냉각 용량)을 약 40%(50Hz 기준) 더 늘릴 수 있다. 신제품 OS.A105 개방형 스크류 압축기에는 기계식 용량제어 및 Vi 조정을 위한 이중 슬라이더가 적용됐으며 이를 효율적으로 작동하기 위한 IQ모듈이 기본사양으로 장착돼 있다. 

슬라이더를 사용하면 10~100% 사이에서 냉각용량을 무단계로 조정할 수 있다. 컴프레서에는 내장형 체크밸브가 기본으로 장착돼 있어 멀티압축기 시스템구성에도 적합하다. 또한 높은 냉동능력과 신뢰성 및 원활한 작동이 결합된 통합 IQ모듈은 시운전, 작동 및 유지보수가 매우 용이하다. OS.A105 컴프레서는 현재 시험생산단계를 거쳐 2024년 출시될 예정이다.

■ 냉매규제에 따른 기대효과는 
단일 냉매로 모든 응용분야를 커버하는 것은 불가능할 것이다. 가장 중요한 것은 냉동시스템이 해당 응용분야와 미래의 적절한 냉매에 맞게 특별히 설계돼야 하며 시스템의 서비스수명 동안 가능한 최고 수준으로 온실가스 배출을 최소화해야 한다. 여전히도 새로운 압축기와 구성부품은 높은 에너지 효율성을 제공하므로 비용을 절감할 수 있는 가능성이 크다. BITZER에서는 1987년에 프로판 컴프레서를 제품군에 추가했으며 이후 계속 최적화해 왔다. 최신 대형 암모니아 스크류 압축기는 동급 성능대비 가장 효율성이 높다. 

CO₂응용분야에는 종종 2단 작동(부스터 시스템)이 필요하기 때문에 저압 및 고압단계 모두에 대해 특수한 전용 설계가 필요하다. BITZER는 모터, 압력 강하, 실린더 헤드 디자인 및 밸브 플레이트의 잠재적인 조합을 수용 가능한 가격으로 만들 수 있기 때문에 해당 응용분야에 대해 고도의 신뢰성과 최적성을 보장할 수 있다. 

■ 마지막으로 자연냉매사용을 활성화할 수 있는 방안은  
냉동시스템 운영자는 행동을 취하는 것의 중요성을 인식해야 한다. 즉 그들에게 향후 발생될 상황을 알려주는 것이 중요하다. 냉동기술자와 메카트로닉스 엔지니어도 자연냉매를 다루는 방법을 배워야 한다. 두 가지 경우 모두 우리는 교육과정 및 적합한 제품의 형태로 지원을 제공하고 있으며 그것이 우리의 책임이라고 생각한다.