삼성전자, 영하 30도 한파에도 버티는 히트펌프 개발…美 ORNL과 기술 검증

삼성전자가 극한의 추위에서도 안정적으로 난방과 온수를 제공할 수 있는 차세대 히트펌프 기술 확보에 나선다. 미국 에너지부 산하 오크리지 국립연구소(ORNL)와 손잡고 한랭 지역을 겨냥한 기술을 개발한 뒤 실제 알래스카 환경에서 성능을 확인할 예정이다.

삼성전자 ‘EHS 히트펌프 보일러’ 라이프 스타일 이미지 / 사진제공=삼성전자

공동연구 착수

삼성전자는 9일 ORNL과 함께 ‘한랭지용 증기압축식 난방 및 멀티 솔루션 개발’을 위한 공동 연구에 착수했다고 밝혔다. 연구는 내년 상반기까지 진행된다. 주요 목표는 외부 온도가 영하 30도 이하로 떨어지는 상황에서도 난방 능력과 에너지 효율을 안정적으로 유지할 수 있는 증기압축 기술을 확보하는 것이다.

히트펌프는 냉매를 압축하고 순환시키면서 외부에 존재하는 열에너지를 실내로 이동시키는 장치다. 냉난방은 물론 온수 생산까지 하나의 시스템에서 구현할 수 있다는 장점이 있다. 다만 기온이 급격히 낮아지면 열을 확보하기 어려워져 성능과 효율이 함께 떨어질 가능성이 있다.

삼성전자는 이를 개선하기 위해 압축기 설계와 냉매 제어 기술을 동시에 고도화한다.

사진제공=삼성전자

회전식 스크롤 구조 활용

압축기에는 회전식 스크롤 구조를 활용한다. 서로 맞물린 두 개의 스크롤이 움직이면서 냉매를 압축하는 방식으로, 피스톤 방식에 비해 에너지 손실을 낮추고 장시간 가동 시 안정성을 확보하는 데 초점을 둔다.

냉매 제어 측면에서는 ‘플래시 인젝션’ 기술도 적용한다. 운전 과정에서 압축기의 상태를 확인한 뒤 필요할 경우 냉매를 추가 주입하는 방식이다. 이를 통해 장시간 작동할 때 발생할 수 있는 압축기 과열이나 열효율 저하를 완화한다는 구상이다.

핵심 목표

삼성전자가 설정한 핵심 목표는 단일 압축기를 기반으로 영하 30도 이하의 환경에서도 난방과 온수 기능을 지속적으로 제공하는 것이다. 특히 겨울철 기온이 크게 낮아지는 북미와 북유럽 시장을 주요 대상으로 삼고 있다.

연구실에서 기술 개발을 마친 뒤에는 실제 혹한 지역에서의 검증도 진행한다. 삼성전자는 알래스카 페어뱅크스에 위치한 로키국립연구소(NLR) 필드테스트 랩에서 공동 연구 성과를 시험할 계획이다.

페어뱅크스는 겨울철 최저기온이 영하 40도 수준까지 떨어질 정도로 추위가 심한 지역이다. 현지 실증 과정에서는 극저온 조건에서의 난방 성능을 비롯해 에너지 효율, 장시간 운전 안정성, 온수 공급 능력 등을 종합적으로 평가한다.

사진제공=삼성전자

삼성전자는 현장 검증에서 확보한 데이터를 바탕으로 관련 기술을 HVAC 제품군에 단계적으로 확대 적용할 방침이다. 냉난방 기능을 갖춘 시스템에어컨과 히트펌프 보일러 등이 적용 대상으로 거론된다.

기술 경쟁력 강화

전 세계적으로 난방 분야에서 가스나 석유 등 화석연료 대신 전기를 활용하려는 움직임이 커지면서 한랭 지역에서도 사용할 수 있는 고효율 히트펌프에 대한 관심이 높아지고 있다. 삼성전자 역시 이를 HVAC 사업의 주요 성장 분야 가운데 하나로 보고 기술 경쟁력을 강화하고 있다.

임성택 삼성전자 DA사업부 부사장은 이번 협업을 통해 극저온 환경에서도 제품의 효율성과 신뢰성을 검증할 수 있을 것으로 기대한다며, 연구 결과를 활용해 탄소 배출을 낮추면서 성능과 에너지 효율을 높인 히트펌프 제품을 글로벌 시장에 선보이겠다는 계획을 밝혔다.

삼성전자는 내년 상반기 공동 연구를 마무리한 후 알래스카 현장 실증 결과를 종합해 실제 제품 적용 범위와 상용화 전략을 구체화할 예정이다.