가정용 및 상업용 저온 저장 장비인 냉장고와 냉동고는 "냉동 효율 적응성"과 "환경 규제 요건"을 중심으로 냉매 선택에 있어 지속적인 변화를 겪어 왔습니다. 주요 유형과 각 단계의 특징은 장비의 요구 사항과 매우 밀접하게 연관되어 있습니다.
초기 주류: "고효율이지만 유해성이 높은" CFC 냉매 적용
1950년대부터 1990년대까지 R12(디클로로디플루오로메탄)는 절대적인 주류 냉매였습니다. 장비 적응성 측면에서 R12의 열역학적 특성은 저온 저장의 요구 사항을 완벽하게 충족했습니다. 표준 증발 온도가 -29.8°C로 냉장실 신선도 유지실(0~8°C)과 냉동실(-18°C 미만)의 온도 요건을 쉽게 충족할 수 있었습니다. 또한, 매우 뛰어난 화학적 안정성과 냉장고 내부의 구리 파이프, 강철 케이스, 미네랄 윤활유와의 우수한 호환성을 갖추고 있어 부식이나 파이프 막힘을 거의 일으키지 않았으며, 10년 이상의 장비 수명을 보장할 수 있었습니다.
R12는 오존층 파괴 지수(ODP)가 1.0(오존층 파괴 지수 기준)이고 지구온난화 지수(GWP)가 약 8,500으로 강력한 온실가스입니다. 몬트리올 의정서 발효로 1996년부터 전 세계적으로 신규 생산되는 냉동고에 R12 사용이 점차 금지되었습니다. 현재 일부 노후 장비에만 이러한 냉매가 잔류되어 있으며, 유지보수 시 대체 냉매가 없는 딜레마에 직면해 있습니다.
전환 단계: HCFC 냉매로의 "부분 대체"의 한계
R12의 단계적 폐지를 막기 위해 R22(디플루오로모노클로로메탄)가 일부 상업용 냉동고(예: 소형 편의점 냉동고)에 일시적으로 사용되었습니다. R22의 장점은 냉동고의 압축기와 배관 설계를 크게 변경하지 않고도 열역학적 성능이 R12와 유사하며, ODP 값이 0.05로 낮아 오존층 파괴 능력이 크게 약화된다는 것입니다.
그러나 R22의 단점 또한 명백합니다. 한편으로는 GWP 값이 약 1810으로 여전히 고온실가스에 속하여 장기적인 환경 보호 추세에 부합하지 않습니다. 다른 한편으로는 R22의 냉동 효율(COP)이 R12보다 낮아 가정용 냉장고에 사용할 경우 전력 소비가 약 10~15% 증가하여 가정용 냉장고의 주류로 자리 잡지 못했습니다. 2020년 전 세계적으로 HCFC 냉매의 단계적 폐지가 가속화됨에 따라 R22는 냉장고 및 냉동고 분야에서 사실상 사용이 중단되었습니다.
I. 현재 주류 냉매: HFC 및 저 GWP 유형의 시나리오별 적응
현재 시중에 판매되는 냉장고용 냉매 선택은 "가정용과 상업용의 차별화, 환경보호와 비용의 균형"이라는 특징을 보이고 있으며, 주로 두 가지 주류 유형으로 구분하여 다양한 장비의 기능적 요구에 맞게 조정합니다.
1. 소형 냉동고 : 냉매의 "안정적 우세"
R134a(테트라플루오로에탄)는 현재 냉장고(특히 200L 미만 모델)에 가장 많이 사용되는 냉매로 70% 이상을 차지합니다. 핵심적인 적응 이점은 세 가지 측면에서 나타납니다. 첫째, 환경 보호 기준을 충족하며 ODP 값이 0으로 오존층 손상 위험을 완전히 제거하고 글로벌 환경 규정의 기본 요구 사항을 준수합니다. 둘째, 열역학적 성능이 적합하며 표준 증발 온도가 -26.1°C로 냉장고의 고효율 압축기와 함께 냉동실 온도를 -18°C에서 -25°C까지 안정적으로 달성할 수 있으며 냉동 효율(COP)이 R22보다 8%-12% 높아 장비의 전력 소비를 줄일 수 있습니다. 셋째, 안전성이 뛰어나고 A1급 냉매(무독성, 불연성)에 속하며, 약간의 누출이 발생하더라도 가정 환경에 안전 위험을 초래하지 않으며, 냉장고 내부의 플라스틱 부품 및 압축기 윤활유와의 호환성이 좋고 고장률이 낮습니다.
또한 일부 중상급 가정용 냉장고는 천연 냉매인 R600a(이소부탄, 탄화수소)를 사용합니다. R600a는 ODP 값이 0이고 GWP 값이 3에 불과하여 R134a보다 환경 성능이 훨씬 우수하고 냉동 효율이 R134a보다 5~10% 높아 에너지 소비를 더욱 절감할 수 있습니다. 그러나 R600a는 A3 등급(고인화성) 냉매에 속하며, 공기 중 농도가 1.8~8.4%에 도달하면 화염에 노출될 경우 폭발할 수 있습니다. 따라서 가정용 냉장고에만 사용이 제한되어 있고(충전량은 50g~150g으로 엄격히 제한되어 상업용 기기보다 훨씬 낮음), 냉장고에는 누출 방지 감지 장치(예: 압력 센서)와 방폭형 압축기를 장착해야 하며, 비용이 R134a 모델보다 15~20% 더 비싸므로 아직 충분히 보급되지 않았습니다.
2. 상업용 냉동고/대형 냉장고: 저 GWP 냉매의 "점진적 침투"
상업용 냉동고(예: 슈퍼마켓 아일랜드형 냉동고)는 대용량(일반적으로 500L 이상)과 높은 냉장 부하로 인해 냉매의 "환경 보호" 및 "냉동 효율"에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 현재 주류 냉동고는 두 가지 범주로 나뉩니다.
(1) HFC 혼합물 : R404A의 “고부하 적응”
R404A(펜타플루오로에탄, 디플루오로메탄, 테트라플루오로에탄의 혼합물)는 상업용 저온 냉동고(예: -40°C 급속 냉동고)의 주류 냉매로 약 60%를 차지합니다. R404A의 장점은 저온 조건에서의 냉동 성능이 뛰어나다는 것입니다. -40°C의 증발 온도에서 R134a보다 냉동 용량이 25~30% 더 높아 냉동고의 저온 보관 요구를 빠르게 충족할 수 있습니다. 또한, A1 등급(무독성, 불연성) 냉매에 속하며, 최대 수 kg(가정용 냉장고보다 훨씬 높음)의 충전량에도 가연성 위험 없이 대용량 냉동고의 고부하 운전에도 적합합니다.
그러나 R404A의 환경 보호 단점이 점차 부각되고 있습니다. GWP 값이 3922에 달하는 고온실가스에 속합니다. 현재 유럽 연합을 비롯한 여러 지역에서는 R404A의 사용을 제한하는 규정을 발표하고 있습니다(예: 2022년 이후 신규 상업용 냉동고에 GWP 2500 이상의 냉매 사용 금지). 따라서 R404A는 점차 GWP가 낮은 냉매로 대체되고 있습니다.
(2) Low-GWP 타입 : R290 및 CO₂의 “환경적 대안”
강화된 환경 규제에 따라 R290(프로판)과 CO₂(R744)가 상업용 냉동고에 적합한 새로운 선택으로 떠오르고 있으며, 다양한 시나리오의 다양한 요구에 적응하고 있습니다.
R290(프로판): 주로 소형 상업용 냉동고(예: 편의점 수평형 냉동고)에 사용됩니다. ODP 값은 0, GWP 값은 약 3으로 환경 보호 효과가 매우 우수합니다. 또한, 냉동 효율이 R404A보다 10~15% 높아 상업용 냉동고의 작동 에너지 소비를 줄일 수 있습니다(상업용 장비는 하루 20시간 이상 작동하며, 에너지 소비 비용이 높은 비중을 차지합니다). 그러나 R290은 A3 등급 냉매(고인화성)에 속하며, 충전량을 200g 이내로 엄격하게 관리해야 하므로 소형 냉동고에만 국한됩니다. 또한, 냉동고는 방폭형 압축기, 누설 방지 배관(예: 구리-니켈 합금 배관), 환기 및 방열 설계를 채택해야 합니다. 현재 유럽 편의점 냉동고에서 R290의 비중은 30%를 넘어섰습니다.
이산화탄소(R744): 주로 초저온 상업용 냉동고(예: -60°C 생물학적 시료 냉동고)에 사용됩니다. 표준 증발 온도는 -78.5°C로 복잡한 캐스케이드 냉동 시스템 없이 초저온 저장이 가능하며, ODP 값은 0, GWP 값은 1로 대체 불가능한 환경 보호 기능을 갖추고 있으며, 무독성, 불연성으로 R290보다 안전성이 우수합니다. 그러나 CO₂는 임계 온도가 낮습니다(31.1°C). 주변 온도가 25°C를 초과하면 "초임계 사이클" 기술이 필요하며, 냉동고의 압축기 압력이 최대 10-12MPa로 높아져 고강도 스테인리스 스틸 파이프라인과 내압 압축기를 사용해야 하며, 비용이 R404A 냉동고보다 30-40% 더 높습니다. 따라서 현재는 환경 보호와 낮은 온도에 대한 요구 사항이 매우 높은 시나리오(예: 의료 및 과학 연구용 냉동고)에서 주로 사용됩니다.
II. 냉매의 미래 트렌드: 낮은 GWP와 높은 안전성이 핵심 방향이 될 것
글로벌 환경 규제(EU F-가스 규정, 중국의 몬트리올 의정서 시행 계획 등)와 장비 기술 업그레이드와 결합하면 냉장고와 냉동고용 냉매는 미래에 세 가지 주요 추세를 보일 것입니다.
가정용 냉장고: R600a가 R134a를 점차 대체하고 있습니다. 누출 방지 및 방폭 기술(신규 밀봉 스트립, 자동 누출 차단 장치 등)이 발전함에 따라 R600a의 가격은 점차 하락할 것입니다(향후 5년 동안 30% 감소 예상). 또한, 높은 환경 보호 및 냉동 효율이라는 장점이 부각될 것입니다. 2030년까지 가정용 냉장고에서 R600a의 비중이 50%를 넘어 R134a를 대체하며 주류로 자리 잡을 것으로 예상됩니다.
상업용 냉동고: CO₂와 HFO 혼합물의 "듀얼 트랙 개발" - 초저온 상업용 냉동고(-40°C 미만)의 경우 CO₂의 기술적 성숙도가 계속 향상되고(고효율 초임계 사이클 압축기 등) 비용이 점차 감소하여 2028년까지 그 비율이 40%를 넘어설 것으로 예상됩니다. 중온 상업용 냉동고(-25°C~-18°C)의 경우 R454C(HFO와 HFC의 혼합물, GWP≈466)가 주류가 될 것이며, 냉동 성능은 R404A에 가깝고 A2L 등급 냉매(저독성, 저인화성)에 속하며, 충전량에 대한 제한이 없어 환경 보호와 실용성을 균형 있게 고려합니다.
업그레이드된 안전 기준: "수동적 보호"에서 "능동적 모니터링"으로 - 가정용 또는 상업용 장비와 관계없이 미래의 냉매 시스템은 일반적으로 "지능형 누출 모니터링 + 자동 비상 처리" 기능(가정용 냉장고용 레이저 누출 센서, 농도 경보 및 상업용 냉동고용 환기 연결 장치 등)을 갖추게 될 것입니다. 특히 R600a 및 R290과 같은 가연성 냉매의 경우 기술적 수단을 통해 잠재적 안전 위험을 제거하고 저 GWP 냉매의 전면적 대중화를 촉진합니다.
III. 핵심 시나리오 매칭의 우선순위
다양한 사용자의 요구에 맞게 냉장고 냉매를 선택할 때 다음 원칙을 따를 수 있습니다.
가정용: R600a 모델 우선 구매(환경 보호와 에너지 절약의 균형) - 예산이 허락한다면(R134a 모델보다 200~500위안 더 높음) "R600a 냉매" 표시가 있는 냉장고를 우선적으로 구매해야 합니다. 이 제품은 R134a 모델보다 전력 소비량이 8~12% 낮으며 친환경적입니다. 구매 후에는 냉장고 뒷면(컴프레서 위치)이 화기에 가까이 닿지 않도록 주의하고, 누설 위험을 줄이기 위해 도어 씰의 기밀성을 정기적으로 점검해야 합니다.
상업적 사용자:온도 요구 사항에 따라 선택(비용과 환경 보호의 균형) - 중온 냉동고(예: 편의점 냉동고)의 경우 장기적으로 운영 에너지 소비 비용이 낮은 R290 모델을 선택할 수 있습니다. 초저온 냉동고(예: 급속 냉동 장비)의 경우 예산이 충분하다면 환경 규제 추세에 부합하고 향후 단계적 폐지 위험을 피할 수 있는 CO₂ 모델이 선호됩니다. 단기적인 비용 민감성이 문제라면 성능과 환경 보호의 균형을 맞춰 전환 단계로 R454C 모델을 선택할 수 있습니다.
유지관리 및 교체: 원래 냉매 종류와 정확히 일치해야 합니다. 오래된 냉장고와 냉동고를 유지보수할 때, 냉매 종류를 임의로 교체하지 마십시오(예: R134a를 R600a로 교체). 냉매 종류에 따라 압축기 윤활유 및 배관 압력에 대한 요구 사항이 다르기 때문입니다. 혼합하여 사용하면 압축기 손상이나 냉동 고장이 발생할 수 있습니다. 장비 명판에 표시된 종류에 따라 냉매를 추가하려면 전문가에게 문의해야 합니다.
게시 시간: 2025년 8월 29일 조회수: