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타이어 효율등급과 자동차 연비 상관관계 연구 결과(한국에너지공단)

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타이어 효율등급과 자동차 연비 상관관계 연구 결과(한국에너지공단)

한국에너지공단 자동차연비센터 (노만수, 김정철, 노경완)

정부는 에너지 부족과 온실가스 배출 증가 등의 문제 해결의 일환으로 고효율 타이어의 사용 증대를 위해 노력하고 있으며, 2012년부터 타이어 에너지소비효율 등급과 관련된 타이어 라벨링 제도를 도입하여 시행하고 있다. 타이어 라벨링 제도를 시행한 이후로 고효율 타이어 시장이 성장했으나, 여전히 저효율 타이어가 전체 타이어 시장에서 약 50%를 점유하고 있는바, 고효율 타이어의 지속적인 홍보가 필요하다고 생각된다. 이를 위해 타이어 회전저항에 따라 자동차 주행저항이 어떻게 달라지는지, 그리고 해당 주행저항에 따라 자동차 연료효율은 어떻게 되는지 연구를 진행하였다. 이와 같은 분석의 목적은 소비자들에게 고효율 타이어의 사용에 따른 경제적 효과에 대한 신뢰성 있는 정보를 제공하고 정부의 고효율 타이어 확대 정책을 활성화하기 위함이다.

1. 서 론

세계 1차 에너지 공급량은 글로벌 경제성장과 함께 꾸준히 증가하여 2018년 기준 약 143TOE(에너지사용량 단위, 1TOE=1,000kcal)를 공급하고 있다. 우리나라는 세계 8위의 대표적 에너지다소비 국가로, 경제성장과 에너지소비 절감을 동시에 달성하기 위해 정부에서는 효율관리기자재를 지정하여 관리하고 있다. 이 중 타이어 에너지소비효율등급 제도는 타이어 구매자가 효율이 높은 타이어를 구매할 수 있도록 타이어의 에너지소비효율 등급표시를 부여하고 저효율 타이어 보급을 막기 위해 최저 소비효율기준을 수립하여 관리하는 제도로 2012년 국내에서 처음 시행되었다.

타이어 에너지소비효율등급은 자동차용 타이어의 에너지소비효율 측정 및 등급기준·표시 등에 관한 규정에 따라서 타이어 회전저항계수(RRC)를 측정하고, RRC 범위를 설정하여 15등급으로 구분된다. 다만, 최저소비효율기준에 따라 퇴출 대상인 5등급 타이어는 현재 신고가 불가한 상황이다. 타이어 에너지소비효율등급제도 시행으로 고효율 타이어(1등급, 2등급) 보급은 증가하였고, 저효율 타이어(4등급, 5등급)의 판매는 감소하였다. 승용차용 타이어의 경우 제도 시행 초기(2012)의 고효율 타이어는 전체 시장의 2.8%에 불과하였으나, 제작사의 지속적인 기술개발 및 소비자 인식개선으로 2020년에는 8.5%까지 확대되었다. 하지만, 아직까지도 저효율 타이어는 전체 타이어 시장의 47.3%를 차지하여 고효율 타이어의 5배 이상의 시장을 확보하고 있다.



본 연구에서는 고효율 타이어 사용에 따른 자동차 에너지소비효율(연비) 개선효과 및 경제성을 분석하여 타이어 구매 소비자가 체감할 수 있는 객관적인 연구결과 확보에 목적을 두었다. 이를 위해 타이어 회전저항계수에 따라 구분된 효율등급이 24등급인 타이어를 선정하여 회전저항계수, 주행저항, 연비를 실차 기반으로 측정하여 타이어 효율등급에 따른 자동차연비 개선 효과를 분석하였다. 또한, 고효율 타이어 사용시의 경제성도 예측하였다.



2. 시험개요

(시험차량) 현대 LF 쏘나타, 휘발유 1,999cc

시험용 자동차는 대표성 확보를 위해 국내에서 대중적으로 보급된 현대 쏘나타 모델을 선정하였으며, 누적주행거리 8km 이상으로 자동차 제작사에서 권장하는 유지관리 항목에 따라 관리되었다.

또한 시험용 타이어의 경우, 시험용 자동차와 동일한 규격의 타이어를 에너지소비효율등급별로 4개씩 구매하였다. 효율등급이 동일한 타이어의 회전저항계수 편차를 줄이기 위해 동일 DOT 번호(타이어의 생산 연도와 주수를 숫자로 표시한 것)를 가진 타이어를 선정하였다.

(시험항목) 타이어 회전저항계수, 자동차 주행저항 및 연비 측정





































구분



타이어 회전저항계수 측정



자동차 주행저항 측정



자동차 연비 측정



기준



타이어 에너지소비효율

측정 및 등급기준



자동차 에너지소비효율 시험방법 고시



자동차 에너지소비효율 시험방법 고시



장소



한국자동차연구원



새만금테스트베드



자동차연비센터



수행

기관



한국자동차연구원



공단 자동차연비센터



공단 자동차연비센터



시험

항목



14등급(등급별 4) 타이어 회전저항계수



14등급 타이어에 따른 주행저항(탑제식)



14등급 타이어에 따른

도심 및 고속도로 주행모드




3. 연구결과

타이어 등급에 따른 연비는 2-3등급 2%, 3-4등급 4% 차이를 보였다. 2-3등급이 3-4등급보다 타이어 회전저항계수 차이가 작으므로 타이어 회전저항계수와 연비는 반비례 관계임을 알 수 있다. 또한 등급별 고속도로 연비 차이가 도심 대비 약 3배 이상 높은 것으로 나타났다. (1등급 타이어는 제외)




































































< 14등급 타이어 시험(회전저항, 주행저항, 연비) 결과 >



구 분



1등급(보강)



2등급



3등급



4등급



타이어회전저항계수(N/kN)



5.960



7.295



8.453



9.898



주행저항



f0(N)



144.069



117.012



183.940



174.365



f1(N/kph)



0.199



1.068



-0.229



0.804



f2(N/(kph)2)



0.035



0.028



0.037



0.030



연비



도심(km/L)



13.001



12.899



12.777



12.393



고속도로(km/L)



20.022



19.824



19.026



17.908



복합(km/L)



15.437



15.305



14.993



14.387




24등급 타이어 시험결과를 활용하여 일반타이어일 경우의 1등급 타이어 연비를 예측한 결과 4등급 대비 약 9% 높게 나왔다. 또한 3등급 기준 타이어 회전저항계수가 1N/kN 감소시 연비는 약 2.3% 개선되는 것으로 나왔다. 타이어 효율등급별 연비는 약 3%의 차이를 보였으며, 고속도로가 도심 대비 차이가 큰 것으로 나타났다.










































































< 타이어 회전저항계수에 따른 예측 연비 >



등급



1등급



2등급



3등급



4등급



5등급



타이어 회전저항계수(X)



6



7.25



8.5



9.9



11.3



도심(km/L)



10.232



10.055



9.877



9.679



9.480



비교



5.7%



3.9%



2.1%



-



-



고속(km/L)



14.505



13.896



13.288



12.606



11.924



비교



15.1%



10.2%



5.4%



-



-



복합(km/L)



11.803



11.484



11.166



10.809



10.452



비교



9.2%



6.2%



3.3%



-



-




고효율 타이어는 저효율 타이어 대비 투자비용이 높으나, 자동차 연비 향상으로 투자비 회수가 가능하다. 본 시험결과를 바탕으로 일반화시킨 타이어 효율등급별 예상 승용차 연비를 활용하여, 타이어 효율등급에 따른 투자비용 회수기간 및 비용 이득을 4등급 타이어와 비교하여 분석하였다. 분석을 위해 타이어 평균 교체주기 6km, 일평균 주행거리 33km, 보통 휘발유 평균가격 1,472, 동일한 타이어 4본 장착이라는 시나리오를 설정하였다.

고효율 타이어 구매로 투자된 비용을 회수하는 기간과 비용 이득을 분석한 결과는 아래와 같다. 여기서 1등급, 4등급 타이어 가격은 제작사 판매모델 가격으로 설정하였고, 2등급, 3등급 타이어는 1등급과 4등급 타이어 가격 차이를 균등 분배하여 설정하였다.























































< 타이어 효율등급별 경제성 >



구분



1등급



2등급



3등급



4등급



기준가격



(천원/)



109



101



93



85



유류비



(천원/)



809



840



871



906



유류비



(천원, 교체)



4,031



4,186



4,341



4,514



비용 회수



(개월)



11.9



11.7



11.0



-



비용 이득



(천원, 교체)



386



264



141



-



* : 비용 회수, 비용 이득은 4등급 대비 추정치




고효율 타이어 구매를 위해 투자된 비용을 회수하는 기간은 1등급, 2등급, 3등급 타이어 모두 12개월 이내이다. 또한, 타이어 교체주기에 따른 비용 이득은 1등급 386천원/교체, 2등급 264천원/교체, 3등급 141천원/교체로 타이어 효율등급이 높을수록 비용 이득도 높았다.(, 본 경제성 분석결과는 시험차량, 타이어 기준가격 등에 따라 다를 수 있다.)

이러한 연구 결과를 바탕으로, '17'20(기존) 등급별 승용차용 타이어 판매 추세를 분석하여 '25년 판매되는 승용차용 타이어의 생애(6km) 기대효과를 기존 대비 분석해보았다.


























< 승용차용 타이어의 생애(6km) 기대효과 분석 >



( 에 너 지 )



기존대비 약 1.1%(109 TOE, 생애) 절감효과 기대



( CO2 배출 )



운행단계 CO2 배출량이 약 0.9%(376,708 tCO2, 생애) 감축 예상



( 경제성 )



고효율 타이어 구매를 위해 투자된 비용(4등급 대비)13등급 모두 12개월 이내 회수 가능, 효율등급이 높을수록 비용 이득도* 높음



 



* 1등급 386천원/생애, 2등급 264천원/생애, 3등급 141천원/생애

(타이어 가격, 시험차량 등에 따라 결과 다를 수 있음)




이렇듯 고효율 타이어는 소비자 입장에서 구매한 자동차의 연비를 향상시킬 수 있는 비용효과적인 방안이다. 정부는 고효율·저탄소로의 시장전환을 위해 전기차 보급을 활성화하고 있으며, 중대형 자동차의 타이어 에너지소비효율 제도를 시행 예정이다. 정부 제도의 효과적인 운영을 위해서는 각 분야에 대한 기대효과 연구가 필요하다. 따라서 승용차용 타이어뿐만 아니라, 중대형 트럭·버스용 타이어, 전기차용 보강타이어 등에 대한 타이어 효율등급별 자동차 연비 개선효과 연구를 통하여, 고효율 타이어 사용 효과에 대한 신뢰성 있는 정보가 필요할 것이다.



 



자료 : 한국에너지공단 자동차연비센터


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