Eberspächer가 CO2를 냉매로 사용하는 슈트락을 선보이다.

 

Eberspächer가 CO2를 냉매로 사용하는 AC250 모델을 선보였습니다. R744라고도 불리는 이 이산화탄소 냉매는 기존에 사용되는 불화탄소에 비해 GWP(Global Warming Power) 가 1로 R-134a보다 훨씬 작다는 장점이 있습니다.

지금도 널리 쓰이는 R-134a 냉매의 높은 GWP로 인해 유럽 연합에서는 2017년부터 시판하는 자동차에 R134를 사용하는 것을 금지할 예정이었습니다. (실제 금지된다면 난리가 났겠지만 그것과 관련된 뉴스를 본 적이 없네요.. 또르르)

GWP를 낮추기 위하여 자동차 업체들은 두 개의 후보 카드를 집어들게 되었습니다.

 또 다른 불화탄소 냉매인 R-1234yf와 CO2였습니다.

R-1234yf는 열역학적 특성이 R-134a와 크게 차이나지 않아 기존의 시스템을 사용할 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 C=C 탄소 이중결합을 가지고 있어 반응성이 있다는 것, 독일 정부(Bundesamt für Umwelt)에서 실험한 결과 연소생성물로 90ppmV의 불화수소(HF)가 형성된 것입니다.(Artikel:Neues Kältmittel für PKW: EU darf Brandgefahr nicht ignorieren) 불 끄다가 불산에 노출되는 꼴입니다.

 제조사인 미국 D사는 '우리 제품은 안전하다' 는 의견을 내놓았던 것으로 기억합니다. 걸러들을 필요는 있지만요.

CO2는 지구온난화의 주범으로 욕을 잔뜩 얻어먹고 대기권에서 감축의 대상이 된 지 오래지만 프레온가스, 염소가스, 메탄가스에 비하면 온난화효과가 양반인 녀석입니다.

그래서 자동차업계뿐만 아니라 히트펌프 업계에서도 CO2를 사용한 '친환경적'인 에어컨에 눈독을 들이고 있습니다. 새어나가도 상관없으니까요.

 여기서부터는 열역학 얘기로 넘어갑니다.

CO2의 단점은 단 하나, T-P 상태도(T-P Phase Diagram) 에서도 볼 수 있듯 섭씨 34도가 넘으면 초임계(supercritical) 상태가 되어 응축도, 증발도 하지 않는 균일한 유체상태가 됩니다.
그리고 계의 압력은 70bar를 넘어서서 재료선택에 지장을 가져다 주게 됩니다.

그러므로 CO2를 냉매로 쓰기 위해서는 임계상태와 기체를 넘나드는 Transcritical cycle을 이용합니다.

히트펌프 사이클과 관련하여 Transcricical co2 process를 설명하면

열교환기로 냉각: 고온+초임계상태-->저온+초임계상태
팽창: 저온+초임계상태 --> 저온+가스
시스템에서 열 흡수: 저온+가스-->고온+가스
압축: 고온+가스--> 고온+초임계상태

의 사이클을 반복하는 것입니다.

에어컨으로서 가장 중요한 숫자는 COP(Coefficient of Performance)입니다. 얼마나 적은 에너지를 이용하여 저온의 계에서 에너지를 퍼낼 수 있는가의 척도죠.

작년 교육들으면서 본 LG에어컨의 COP는 6을 넘어있었습니다. 20년 전만 해도 COP가 3-4만 되어도 고효율 소리 들었을텐데 말이죠.

참고로 3년 전 제가 논문을 쓰기 위해 알아보던 당시의 CO2기반 히트펌프의 COP는 3-4 정도였습니다. Daikin에서 4.3짜리를 개발했다는 기사를 봤는데 찾을 수가 없네요. (현재 미쓰비시전기에서 온수설비용으로 판매하고 있는 CO2 히트펌프의 COP가 3.5인 걸 확인했습니다.)

CO2 냉매를 기존 에어컨과 같은 성능으로 끌어올리려면 열역학 교과서를 눈 뚫어지게 바라봐야 할 듯 합니다. 무수한 Musterbau 노가다와 시뮬레이션은 덤.