삼성전자, 영하 30도 견디는 난방기술 개발한다…알래스카서 실증

美 오크리지 국립연구소와 한랭지용 증기압축 기술 공동 연구
스크롤 압축기·플래시 인젝션 적용…히트펌프 경쟁력 강화

삼성전자가 영하 30도 이하의 혹한에서도 안정적으로 작동하는 차세대 난방 기술 개발에 나선다.

미국 에너지부(DOE) 산하 오크리지 국립연구소(ORNL)와 손잡고 극한 환경에서도 높은 에너지 효율과 난방 성능을 유지할 수 있는 히트펌프 기술 확보에 속도를 낸다.

삼성전자는 오크리지 국립연구소와 '한랭지용 증기압축식 난방과 멀티 솔루션 개발' 연구 과제를 추진한다고 9일 밝혔다.

이번 연구는 영하 30도 이하의 외부 기온에서도 난방 성능과 장시간 운전 안정성을 확보하는 게 핵심이다.

증기압축 방식은 냉매의 상태 변화 과정에서 발생하는 열을 활용하는 기술이다. 냉매가 외부에서 열을 흡수한 뒤 압축기에서 고온·고압 상태로 압축되면 열이 발생하고, 이 열을 열교환기를 통해 실내 공기나 물에 전달하는 방식이다.

열을 방출한 냉매는 다시 상태를 바꿔 외부의 열을 흡수하고, 이 과정이 반복되면서 난방과 냉방은 물론 온수 공급까지 가능하다.

히트펌프는 외부의 열을 활용한다는 점에서 전기 에너지로 직접 열을 발생시키는 방식보다 효율적인 난방이 가능하다. 다만 외부 온도가 급격히 낮아지면 흡수할 수 있는 열 자체가 감소해 성능이 떨어질 수 있다는 과제가 있다.

북미와 북유럽처럼 겨울철 기온이 영하 30도 이하로 내려가는 지역에서는 저온 환경에서도 일정한 난방 성능을 유지하는 것이 히트펌프의 핵심 경쟁력으로 꼽힌다.

회사는 하나의 압축기만으로도 혹한 환경에서 안정적인 난방 성능을 구현하는 것을 목표로 하고 있다.

이를 위해 압축기에 회전식 스크롤 방식을 적용해 효율과 운전 안정성을 높일 계획이다.

스크롤 압축기는 두 개의 스크롤이 맞물려 움직이면서 냉매를 압축하는 구조다. 피스톤이 직선 운동을 통해 냉매를 압축하는 방식과 비교해 에너지 손실을 줄일 수 있고 안정적인 장시간 운전에도 유리한 것으로 평가된다.

한랭지에서 장기간 난방기기를 가동해야 하는 상황에 적합한 방식이다.

냉매를 추가로 주입해 압축기의 성능을 보완하는 '플래시 인젝션' 기술도 적용한다.

장시간 운전 과정에서 발생할 수 있는 열효율 저하를 감지하고 필요한 시점에 냉매를 추가 공급해 시스템 성능을 최적화하는 방식이다.

삼성전자는 연구를 내년 상반기까지 진행한 이후 미국 알래스카에서 개발 기술의 실제 성능을 검증할 예정이다. 알래스카 페어뱅크스에 위치한 국립연구소 필드테스트 랩을 활용해 혹한기 환경에서 기술 실증을 진행한다.

페어뱅크스는 월평균 최저기온이 영하 40도 안팎까지 떨어지고 역대 최저기온도 영하 50도 이하를 기록한 지역이다. 일반적인 겨울철 환경을 넘어 극한 조건에서 히트펌프의 성능과 신뢰성을 시험할 수 있는 장소다.

삼성전자는 현지 실증 과정에서 난방 성능과 에너지 효율을 비롯해 장시간 운전 시 안정성, 온수 공급 성능 등을 종합적으로 살펴볼 계획이다. 연구실에서 확보한 기술이 실제 주거 환경에서도 안정적으로 구현될 수 있는지를 검증한다는 취지다.

이번 연구를 통해 확보한 기술은 향후 냉난방 겸용 시스템에어컨과 히트펌프 보일러 등 삼성전자의 다양한 냉난방공조(HVAC) 제품으로 확대 적용할 방침이다. 글로벌 시장에서 난방의 전기화가 확대되는 가운데 고효율 히트펌프 기술을 앞세워 한랭지 시장 공략을 강화하려는 전략으로 풀이된다.

임성택 삼성전자 DA사업부 부사장은 "이번 협업은 실제 극저온 환경에서 삼성의 독보적인 고효율 기술과 기기 신뢰성을 증명하는 중요한 계기가 될 것"이라며 "연구 데이터를 바탕으로 탄소 배출을 줄이면서도 성능과 에너지 효율을 극대화한 히트펌프 제품을 글로벌 시장에 선보일 것"이라고 말했다.

이상현 기자 ishsy@dt.co.kr

삼성전자 ‘EHS 히트펌프 보일러’ 이미지. 삼성전자 제공

삼성전자 ‘EHS 히트펌프 보일러’ 이미지. 삼성전자 제공