서진공조는 1981년 설립돼 공조설비시스템 설계, 제조 및 유지보수관리 전문기업이다.
주거 및 업무시설, 산업 및 상업시설은 물론 고도의 환경관리가 필요한 연구시설 등에 최첨단 공조시스템을 구현하는 솔루션을 제공하면서 지속가능한 에너지관리와 친환경공조시스템 개발에 중점을 두고 있으며 에너지효율 향상과 운영비용 절감 및 탄소중립 기술개발에 주력하고 있다.
서진공조는 지속적인 연구개발(R&D)투자 및 최신기술확보를 통한 기술중심, 고객요구에 맞춤형 솔루션을 제공하는 맞춤형 서비스 구현을 위한 전문인력과 등록특허 27건, 출원특허 7건, 디자인 1건, 실용신안 1건 등 지식재산권을 보유하고 있으며 엄격한 품질관리시스템으로 신뢰성 높은 제품을 제공하고 있다.
서진공조는 최근 항공기 냉난방 공급시스템인 PC-AIR(Pre-Conditioned Air System) 고도화 국책 R&D과제를 수주했다. 이번 과제 총괄을 맡은 김종률 서진공조 연구소장을 만나봤다.
■ PCA시스템은 어떤 시스템인가
PCA는 항공기에 냉방과 난방을 공급하는 시스템으로 항공기 냉난방 공급시스템(PC-AIR: Pre-Conditioned Air System)이다. 항공기는 운항 전 필요한 연료, 정비, 화물, 청소, 식사 및 음료 등을 보충하고 승객을 탑승시키는 작업을 수행하는 동안 계절 및 기후환경에 따라 냉방과 난방이 필요하고 항공기 보조동력장치(APU: Auxiliary Power Unit)를 사용한다.
APU는 소형 가스터빈엔진으로 고가의 항공유를 사용하며 엔진배기로 인해 온실가스 및 미세먼지가 포함된 유해가스를 배출하므로 항공기가 지상에 있을 때 지상전력을 활용해 냉방과 난방을 공급하는 PCA시스템은 매우 유용하고 친환경적인 시스템이다.
■ PCA시스템 개발배경은
APU는 항공기 후미에 설치돼 주동력기관의 시동에 필요한 동력 또는 비상동력을 공급하는 소형 가스터빈엔진 형식의 일종으로 운항 중 주엔진 고장 시 또는 지상 대기 시 동력을 공급하는 역할을 한다.
소형 가스터빈엔진인 항공기 APU를 사용하는 냉난방은 가스터빈엔진효율이 약 4%이므로 경제적 측면과 에너지효율 측면에서 개선이 필요하다. 또한 항공유 연소로 인한 CO₂, NOx, 및 미세먼지 등 환경적 측면에서도 개선해야 한다. APU기반 항공기 냉난방공급방식을 근본적으로 개선할 수 있는 지상전력을 사용하는 PCA시스템이 개발됐다.
항공기매뉴얼을 참조하면 상업용항공기 중 최소형기종인 협동체여객기(Narrow Body Aircraft)는 시간당 100kg 이상의 항공유를 소비하므로 일일 1시간 가동 시 연간 100톤 이상의 CO₂를 발생시킨다. 협동체 여객기란 폭이 4m(13피트) 미만으로 객실에 최대 6명의 승객을 나란히 앉힐 수 있는 단일 통로를 따라 배치된 여객기로 정의되고 여객기 중 최소형(C급)이다.
■ 기존 시스템대비 고도화 방안은
기존 APU 기반 PCA시스템을 대체하는 전기구동 방식의 시스템 기술개발로 온실가스 및 유해가스 배출량을 98% 이상 감축하고 친환경냉매(GWP 750 이하)를 적용하는 냉난방 히트펌프 사이클기술을 적용해 냉난방부하 변동을 고려한 시스템설계와 가변형 고압 송풍시스템 최적화 기술개발, 외기냉난방 부하 변화대응 히트펌프사이클 최적화, 기후환경에 맞는 냉난방 공기공급시스템 제어 및 운영기술 개발, 시스템 통합설계 및 제작기술 개발을 통해 기존 시스템을 고도화할 예정이다.
■ 고도화 핵심기술은
기존 PCA시스템은 항공기에 냉방과 난방을 공급할 때 냉동기시스템으로 냉방을, 전기히터시스템으로 난방을 공급하도록 구성돼 있다. 히트펌프시스템은 잘 알려진 바와 같이 효율이 뛰어나고 모드전환에 따라 냉방과 난방운전이 가능하므로 히트펌프방식으로 시스템을 고도화할 예정이다. 히트펌프기술을 PCA시스템에 적용하는 것은 세계 최초다.
또한 PCA시스템은 대부분 GWP가 2,088인 R410A 냉매를 사용 중인 반면 서진공조는 GWP가 1,526으로 상대적으로 낮은 R407C 냉매를 적용하고 있다.
그러나 Low GWP냉매가 필요한 시대적 요구에 발맞춰 다른 산업부문보다도 더 민첩하게 첨단의 종합형 기술집약산업인 항공부문에 세계 최초로 Low GWP냉매를 적용할 계획이다. 특히 과제요구서(RFP)의 GWP 750 이하 목표를 초과하는 GWP 10 이하 냉매를 적용한 친환경시스템으로 고도화할 예정이다.
■ 개발에 따른 기대효과는
항공기의 공항계류 중 냉난방 목적으로 사용되는 APU 연료소비량은 기종별로 최소 110kg/h이며 최대 450kg/h이다. 이를 CO₂배출량으로 환산하면 최소 346.5kg/h, 최대 1,417.3kg/h이다.
항공기 대형화로 APU 연료소비량은 증가 추세이므로 항공유를 소비하는 APU를 대체해 온실가스인 CO₂와 NOx 및 미세먼지 배출을 획기적으로 저감할 수 있어 PCA시스템은 저탄소시대에 더욱 각광을 받고 있다.
인천국제공항공사는 부지착공부터 매년 그린리포트(Green Report)를 발행하고 있다. 2023년 수행한 실적을 정리해2024년 6월 발행한 ‘그린리포트 2024’에 따르면 인천국제공항공사는 2023년 항공기 주기 시 기내에 냉난방을 제공할 수 있는 저탄소 항공기 냉난방공급장치(PC-Air) 91대를 운영했다.
저탄소항공기 냉난방 공급장치(PC-Air)는 지상전력을 통해 기내를 냉난방함으로써 항공기 보조동력장치(APU) 엔진 가동시간 및 항공유 사용을 감소시켜 온실가스 배출량과 유류비를 절감할 수 있다. 이에 따라 인천국제공항공사는 이용수요에 따라 저탄소 항공기 냉난방공급장치(PC-Air)를 점차 늘려 나갈 계획이다.
인천국제공항공사는 그린리포트에 2023년 인천국제공항 탄소배출 저감실적을 57만tCO₂, 탄소발자국(Carbon Footprint)으로 항공기 보조엔진(APU) 탄소배출량을 17만8,912tCO₂, PCA 운영으로 지상대기 항공기 탄소감축효과를 7만6,980tCO₂라고 보고했다. PCA 운영을 통한 탄소배출저감 성과를 계산해보면 인천국제공항 탄소배출저감에 13.5% 기여했으며 항공기 보조엔진(APU) 탄소배출을 43% 절감했다.
■ 사업활성화 방안은
인천국제공항은 제2여객터미널 전 구역 준공을 통해 연간 1억600만명의 여객을 수용할 수 있는 ‘메가허브공항’으로 거듭난다. 이에 따라 PCA는 120대 이상 운영될 것으로 추산되므로 이들에 대한 유지보수관리와 노후기기 교체(대교체)를 주요 사업으로 추진할 예정이다.
또한 2023년 국내외 항공기 PCA시스템시장은 약 3억달러의 시장이 형성돼 있으며 2028년까지 CAGR 8% 성장으로 약 5억달러에 달할 것으로 전망된다. 이번 R&D사업으로 새로운 기술을 탑재한 PCA로 세계시장 진출 포부도 다져본다.
