삼성전자가 미국 에너지부(DOE) 산하 국립연구소와 손잡고 영하 30℃ 이하의 극한 환경에서도 안정적으로 작동하는 차세대 히트펌프 난방 기술 개발에 나선다.

삼성전자는 오크리지 국립연구소(ORNL)와 ‘한랭지용 증기압축식 난방과 멀티 솔루션 개발’ 연구과제를 추진한다고 9일 밝혔다. 이번 연구는 극저온 환경에서도 높은 난방 효율과 안정성을 확보할 수 있는 증기압축 기술을 고도화하는 데 초점이 맞춰져 있다.

히트펌프는 냉매의 압축과 순환 과정에서 발생하는 열을 실내로 전달하는 방식의 냉난방 기술이다. 하나의 시스템으로 난방과 냉방은 물론 온수 공급까지 가능해 에너지 효율을 높이고 화석연료 기반 난방을 전기 기반으로 전환할 수 있는 기술로 주목받고 있다.

그러나 외부 기온이 크게 떨어지면 히트펌프의 열원 확보와 압축 효율이 낮아져 난방 성능이 떨어지는 문제가 있다. 특히 북미와 북유럽 등 겨울철 기온이 영하 30℃ 이하까지 내려가는 지역에서는 극저온에서도 안정적인 성능을 유지하는 기술이 중요하다.

삼성전자는 이번 연구에서 단일 압축기만으로 영하 30℃ 이하에서도 안정적인 난방과 온수 공급이 가능한 시스템을 구현하는 것을 목표로 하고 있다.

핵심 기술 가운데 하나는 회전식 스크롤 압축 방식이다. 스크롤 압축기는 두 개의 스크롤이 맞물려 회전하면서 냉매를 압축하는 방식으로, 피스톤의 직선 운동을 이용하는 방식과 비교해 압축 과정에서 발생하는 에너지 손실을 줄이고 장시간 운전 시 안정성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

삼성전자는 여기에 냉매량을 정밀하게 제어하는 ‘플래시 인젝션’ 기술도 적용할 계획이다. 장시간 운전이나 극저온 환경에서 발생할 수 있는 성능 저하를 보완하기 위해 필요한 시점에 냉매를 추가 주입해 압축기의 운전 효율과 안정성을 높이는 방식이다.

이번 연구는 내년 상반기까지 진행될 예정이다. 이후 미국 알래스카에서 실제 혹한 환경을 대상으로 필드 테스트를 실시해 기술의 성능과 신뢰성을 검증할 계획이다.

특히 알래스카 페어뱅크스 지역의 실증 환경은 극한의 저온 조건에서 히트펌프의 실제 성능을 확인할 수 있다는 점에서 의미가 있다. 연구진은 혹한기 동안 난방 성능과 에너지 효율, 장시간 운전 안정성, 온수 공급 성능 등을 종합적으로 검증할 예정이다.

삼성전자는 이번 연구를 통해 확보한 기술을 향후 시스템에어컨과 히트펌프 보일러 등 다양한 냉난방공조(HVAC) 제품으로 확대 적용한다는 계획이다.

특히 전 세계적으로 난방 분야의 전기화가 진행되고 있는 가운데 극한의 추위에서도 안정적으로 작동하는 고효율 히트펌프 기술은 북미와 유럽 등 주요 시장에서 경쟁력을 좌우하는 핵심 기술로 평가된다.

삼성전자 DA사업부 임성택 부사장은 이번 협업이 실제 극저온 환경에서 고효율 기술과 기기 신뢰성을 검증하는 중요한 계기가 될 것이라며 연구 데이터를 바탕으로 탄소 배출을 줄이면서 성능과 에너지 효율을 높인 히트펌프 제품을 글로벌 시장에 선보이겠다고 밝혔다.

이번 공동 연구는 단순히 하나의 난방 제품을 개발하는 차원을 넘어 극한 기후에서도 작동하는 차세대 히트펌프의 핵심 압축 기술을 확보하고 글로벌 HVAC 시장의 전기화에 대응하기 위한 기술 경쟁의 성격을 갖는다. 특히 알래스카 실증 결과가 향후 삼성전자의 한랭지용 히트펌프 제품 경쟁력과 상용화 전략에 어떤 영향을 미칠지 주목된다.