삼성전자, 美 에너지부 산하 국립연구소와 차세대 난방 기술 개발 박차

삼성전자가 미국 에너지부(Department of Energy, DOE) 산하 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory, ORNL)와 협력해 차세대 난방 기술 개발에 박차를 가한다.

연구 과제명은 ‘한랭지용 증기압축식 난방과 멀티 솔루션 개발(Cold Climate Vapor Compression Space Heating and Multi-functional Equipment)’로, 영하 30도 이하의 환경에서도 효율적이고 안정적인 난방 성능을 내는 기술을 구현하는 것이 목표다.

이번 연구의 핵심인 증기압축 기술은 냉매를 압축·순환시켜 외부의 열을 실내로 전달하는 역할을 한다. 이를 통해 에너지 효율이 높고 난방과 냉방, 온수 공급까지 가능한 공조기기를 구현할 수 있다.

삼성전자는 이번 연구를 내년 상반기까지 진행한 뒤, 미국 알래스카의 극한 환경에서 기술의 성능과 신뢰성을 검증하고 다양한 히트펌프 냉난방공조(HVAC) 제품에 적용할 예정이다.

단일 압축기 기준, -30℃ 이하 환경에서 안정적 난방·온수 구현 목표

삼성전자는 단일 압축기 기준으로 영하 30도 이하의 극저온 환경에서도 안정적인 난방 성능을 제공하는 솔루션을 구현하기 위해 증기압축 기술을 고도화할 계획이다.

증기압축 기술은 압축기에서 냉매가 액체와 기체 상태를 오가며 열을 흡수·방출하는 성질을 활용한 에너지 전환 기술이다.

외부에서 열을 흡수한 냉매는 압축기를 거치며 고온·고압의 기체 상태로 압축되고, 이때 발생한 열은 열교환기를 통해 실내의 공기나 물로 전달된다. 이후 열을 방출한 냉매는 다시 액체 상태로 변해 외부의 열을 흡수하며, 이러한 순환 과정을 반복해 난방·냉방·온수를 공급한다.

다만 증기압축 기술은 외기 온도가 낮아질수록 성능이 저하되는 한계가 있다. 특히 북미와 북유럽 등 한랭 지역은 영하 30도 이하의 극저온이 장기간 지속되는 경우가 많아, 보다 높은 수준의 난방 성능과 신뢰성을 갖춘 차세대 증기압축 기술 확보가 중요하다.

삼성전자는 압축기에 회전식 스크롤 방식을 적용해 성능을 한층 끌어올릴 예정이다. 스크롤 방식은 피스톤이 직선 운동을 하며 냉매를 압축하는 기존 방식과 달리, 두 개의 스크롤이 맞물려 회전하면서 압축하는 형태다. 기존 대비 에너지 손실이 적고 안정성도 높아, 장기간 운전이 필요한 한랭지 난방에 유리하다.

또한 압축기 과열을 방지해 성능을 최적화하는 냉매량 제어 기술인 ‘플래시 인젝션’도 적용한다. ‘플래시 인젝션’ 기술은 장기간 작동 시 열 효율이 떨어지는 현상을 기기가 센싱해, 필요한 경우 냉매를 기기 내부에 추가 주입하는 기술이다.

알래스카서 신기술 필드테스트 이후 다양한 냉난방공조에 적용 예정

삼성전자는 미국 알래스카 페어뱅크스에 위치한 로키국립연구소(National Laboratory of the Rockies, NLR)의 필드테스트 랩에서 이번 연구 결과를 통해 개발한 기술을 실증할 예정이다.

페어뱅크스는 월평균 최저 기온이 영하 약 40도 안팎이고 역대 최저 기온은 영하 50도 이하까지 내려가는 한랭 지역으로, 극한 환경에서 제품 성능과 신뢰성을 검증하기에 최적의 장소다.

연구진은 혹한기 동안 난방 성능과 에너지 효율, 장시간 운전 안정성, 온수 공급 성능 등을 종합적으로 검증해 실제 주거 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있는지를 검증할 계획이다.

삼성전자는 이번 연구를 통해 증기압축 난방 기술 리더십을 강화하고 글로벌 난방 전기화 흐름에도 적극 대응해 나갈 계획이다.

향후 냉난방 겸용 시스템에어컨·히트펌프 보일러 등 다양한 HVAC 제품에 해당 기술을 확대 적용할 예정이다.

삼성전자 DA사업부 임성택 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.