냉매의 환경적인 조건 (ODP, GWP)

- 냉매 선택/사용에 대한 포스팅

- 냉매의 원활한 사용을 위한 요구 조건

- 가져왔는데 아직 이해 못 한 부분 ,,,

- 냉매 사용, 환경적인 측면에서의 요구조건

- 냉매 선택의 변화, 흐름

 

 환경적인 측면에서 요구되는 조건들

 

저번 포스팅에서 제품에 사용하기 위한 냉매들의 조건을 정리했습니다.

2022.01.04 - [정리, 공부/제품 원리] - [냉매] 냉장고, 에어컨에 사용되는 냉매의 선택

[냉매] 냉장고, 에어컨에 사용되는 냉매의 선택

이번 포스팅에서는 점차 중요시되는 환경, 냉매의 환경규제에 대한 내용을 정리해보려 합니다.

+ 어떤 변화를 거쳤고, 어떤 방향으로 변화하고 있는지

 

 냉매 사용, 환경적인 측면에서의 요구조건

 

아래의 수치를 보고서 판단

ODP (Ozone Depletion Potential) ~ 오존을 파괴하는가

GWP (Global Warming Potential) ~ 지구온난화를 일으키는가

냉매를 사용하며 주된 관심을 받는 지표들은 (이전에는) 오존층을 파괴하는 정도 (이부분에 대해서는 많은 개선을 이뤄냈다.) & 지구온난화를 일으키는 정도 (아직 개선이 필요하고, 합성, 물질 발견, 새로운 쿨링 방법에 대한 연구가 진행되고 있다고 알고 있다.)

 

 

 R넘버

 

냉매에 이름을, 번호를 먹이는 R넘버는 듀폰사에서 만든 명명법으로 몇가지 규칙으로 명명된다.

 

R넘버

0번대 ~ 300번대

• 첫번째 숫자: 화학종의 탄소(C) 갯수 -1, 탄수 갯수가 1개인 경우 첫숫자 제외하고 두자릿수로
• 두번째 숫자: 수소 갯수(H) +1
• 세번째 숫자: 플루오린(F) 갯수
• 네번째 숫자: 염소 원자(Cl)을 포함할 경우 작성

400 ~ 500번대

• 혼합물

600번대

• 포화 탄화수소 화합물
• 보통 R-400번대의 혼합물 조성을 위해 쓰일 뿐 냉매의 역할은 떨어진다.

700번대

• 탄화수소 화합물이 아닌 냉매 ~ 무기화합물 냉매라고도 함 ~ 수소, 암모니아, 물, 이산화탄소 등

 

 

 

 냉매 선택의 변화, 흐름

 

오래도록 냉매로 사용되어 온 CO2, NH3(Ammonia) ~ 오염문제는 없었지만

암모니아: 유독성(인체에 장시간 노출될 경우 피부염이나 호흡기 질환 가능성) + 구리와 함께 사용하기 어려워(부식문제)

 

프레온(Freon, CFC) ~ Haloalkane refrigerants

: 매우 안정적, 안전=상온 & 대기압에서 폭발위험 x, 독성 x --> But, 오존층 파괴 문제 (환경문제)

추가적으로, CFC, HCFCs, HFCs: high global warming potential (GWP)

CFC(chloro-fluoro-carbon)는 C, F, Cl 원소 포함. Cl: UV radiation 받고 오존층 파괴 촉매로 작용

 

몬트리올 의정서(87): CFC 밴 (~10년도까지 밴 완료키로)

 

HCFC(hydro-chloro-fluoro-carbon)

H가 포함된 Cl이기에 대기중에 채류하는 기간이 CFC 보다 짧지만, 여전히 오존 파괴 역할을 한다. (ODP가 CFC의 1~5%수준이지만 여전히 오전파괴 가능)

 

수정안(98): HCFC 밴 (~30년도까지 생산, 사용 밴 완료키로)

HFC(hydro-fluoro-carbon)도 매우 높은 GWP

: CFC, HCFC 보단 공기 채류기간이 짧지만 여전히 공기중에 오래 남고

F원소로 인해 CO2 보다 공기중의 열을 잘 잡아둬

 

요구되는 온도/압력 조건에 따라 상업에서는 GWP, 친환경성을 생각해서 암모니아, ethylene, propane, iso-butane, ... , hydrocarbons를 사용 ==> 이런 Gas들은 폭발위험, 유독성 물질이라는 문제점 존재

or 합성물 사용

R-410a (HFCs + R-32 + R-125), R-404a (R-125 + R-134a + R-143a)

 

HFC ~ R-404a, R-134a, R-410a --> 교토 프로토콜에서 제한먹음

• 미국과 유럽에서는 사용을 금지하려 하고 있고 (25~26년)
• 우리나라도 45년까지는 80% 감축을 해야 한다.
• 현재는 GWP가 10미만인 HFO냉매 혹은 자연냉매(CO2 등)로 전환되는 추세 & 건물용 및 상업용 냉동기에 사용되는 냉매들에 대한 Low GWP 대체 냉매들이 개발돼 일부 적용되고 있다.

--> 대체재로,

<집 에어컨> R-32 or R-600 (isobutane)

<차량에어컨> R-1234yf (R-1234yf가 R-134A에 비해 GWP는 낮지만 점도, 밀도 등 물성치의 한계로 효율이 떨어진다.)

<냉장고 칠러, 에어컨> R-1234ze

<상업 냉장고> CO2 (R-744)

 

HFO(hydro-fluoro-olefin)

R-1234yf (GWP=4)

R-1234ze

R-1336mzz (GWP=2)

 

소형 에어컨 / 시스템 에어컨

• 미국, 유럽, 일본 등의 나라에서 소형 에어컨에 대한 규제는 GWP750미만으로 25년에 계획되거나 시행되고 있다.
• 하지만 VRF 히트펌프(시스템에어컨) 같은 큰 시스템에는 여전히 R410a가 사용되며, 아직 대체제에 대한 개발이 미흡한 실정이다. // R32같은 더 나은 성능을 보이는 냉매가 있지만, 가연성을 가지기에 대량의 냉매가 충전되는 시스템에서는 안전문제가 이슈되고 있다. // GWP10이하인 R-1234ze도 가연성 이슈가 있다.

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Refrigerant

 

 

 

 

<참고>

https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_exchanger

https://en.wikipedia.org/wiki/Vapor-compression_refrigeration

https://en.wikipedia.org/wiki/Refrigerant

http://www.kharn.kr/news/article.html?no=16952 

 

마치며

 

** 냉매가 규제 받는 이유

: 유독성, 폭발성, 오존파괴, 온난화로 기후 변화