최근 냉동기시장은 국가와 지역에 따라 차이는 있지만 수냉식 냉동기보다는 공냉식 냉동기가 지속적으로 증가하는 경향이다. 이는 냉수와 온수를 함께 공급하는 공냉식 히트펌프 냉동기가 모듈 멀티조합이 가능해지면서 대용량까지 범위가 확대되고 인버터 압축기를 채용함으로써 에너지절감을 실현하기 때문이다. 또한 1대의 대용량 냉동기 고장에 대한 위험부담을 낮춰 주고 기계실 내 냉동기 설치공간을 줄여 건물 사용공간을 확보할 수 있다.

일본시장에서 가장 많이 판매되고 있는 공냉식 히트펌프 냉동기는 도시바 캐리어의 USX(Universal Smart X)제품으로 일본에서 에너지절약상과 기술상을, 국내에서 에너지위너상을 수상했다.

국내에는 캐리어에어컨이 2014년부터 보급하기 시작했다. 도입 초기에는 새로운 개념의 냉동기에 대한 이해 부족으로 어려움도 있었지만 지금은 성공적으로 국내 많은 현장에 설치돼 사용자들의 만족을 이끌어내고 있다.

용량은 올리고 설치면적은 줄이고
멀티조합이 가능한 USX는 다양한 특징을 가지고 있다. 용량은 30HP, 40HP, 50HP로 모듈멀티조합 시 최대 16대, 800HP까지 확장할 수 있다. 냉방(최저4℃), 난방(최고 55℃), 수축열, 급탕, 빙축열(브라인용) 등 다양한 용도에서 사용이 가능하며 R404A 냉매를 사용하는 인버터 트윈 로터리 압축기를 채용했다.

2개 판형 열교환기를 직렬 연결한 대온도차 운전(최대 10℃)과 함께 독립 4사이클로 순차적 교번 제상운전으로 온수공급이 안정적이다. 냉동기 제어기에 전력 디멘드 값을 설정해 피크전력관리에 용이하며 냉동기 운전데이터를 제공해 유지관리, 운전비 분석에 도움을 준다.

특히 기존 공냉식 냉동기에 비해 약 58% 설치면적이 감소된다. 살수장치를 옵션으로 선택할 수 있어 실외온도 및 전력 디멘드 설정에 의한 ON/OFF 제어를 할 수 있으며 인버터 펌프를 냉동기에 내장해 변유량 제어가 가능하다.

운전비 최대 41.5% 절감
USX는 모듈멀티 조합으로 최대 700~800RT 용량으로 구성할 수 있으며 건물 내 고압가스 안전관리자가 필요 없어 공장, 오피스 빌딩, 병원, 상업시설 등에 많이 사용되고 있다.

국내에는 체육센터의 수영장 온수공급과 실내난방을 위해 가스보일러·온수탱크로 구성된 기존 시스템을 USX·히트펌프보일러로 바꿔 4개 현장에 적용했다.

시스템 변경에 따른 에너지소비량을 알아보기 위해 변경 전/후의 가스·전기 사용량, 운전요금을 1년 동안 측정한 데이터를 얻었다.

USX와 히트펌프 보일러를 적용해 얻은 에너지사용량을 비용으로 환산할 경우 4개 현장에서 37.2~41.5%까지 운전비용을 절감할 수 있었으며 초기 투자비를 감안하더라도 충분한 경제성을 가진다는 것을 알 수 있다.

현장조건 고려, 정밀한 부하계산 필수
최근 냉동기 사용패턴을 보면 사용기간 중 전부하로 운전되는 시간은 극히 미미하며 대부분의 운전시간 동안 부분부하 운전을 하게 된다는 것은 이미 알려진 사실이다. 공냉식 히트펌프 냉동기를 선정할 때 실외온도, 냉온수 입·출수 온도, 유량 등의 설계조건을 무시하고 단순히 표기된 냉동기 용량대로 설치하는 오류를 피해야 한다.

운전비용 예측에도 부분부하 효율을 고려하지 않으면 실제와 멀어질 수밖에 없으며 모든 현장마다 사용조건이 달라 예측하기가 쉽지 않다.

공냉식 히트펌프 냉동기 선정 시 △설계조건 및 현장 사용조건에서 안정적인 냉온수 공급 △부분부하 냉난방 효율 및 변유량 제어에 의한 에너지절감 △건물 피크전력에 대한 대응 △냉동기 고장에 대한 위험부담 감소 대책 △냉동기 설치공간 확보 △자동제어에 대한 대응 등 종합적인 고려가 필요하다.

일본냉동공조협회는 이러한 요인을 고려해 냉난방효율 평가개념을 도입한 JRA 규격을 만들었다. 이 기준으로 평가할 시 USX는 IPLVc 5.29~5.68, IPLVh 3.4~3.54, A-IPLV 4.68~4.95 효율을 가진다.

JRA 규격에서 통합 냉방효율(IPLVc) 평가기준은 IPLVc=(0.01*A)+(0.47*B)+(0.37*C) +(0.15*D)이다.(JRA 4062: 2010)

통합 난방효율(IPLVh) 평가기준은 IPLVh=(0.00*A)+(012*B)+(0.57*C)+(0.31*D)이다.(JRA 4063: 2012) 통합 냉난방효율(A-IPLV) 평가기준은 A-IPLV=(0.67*IPLVc)+(0.33*IPLVh)이다.(JRA 4063: 2012)

이미 국내에도 여러 종류의 냉난방기기에 대한 에너지효율을 측정할 때 부분부하 운전을 반영해 통합 냉난방효율로 측정하고 있다. 이에 발맞춰 국내 공냉식 히트펌프 냉동기도 부분부하 운전효율을 반영한 새로운 규격 제정이 필요해 보인다.