영하 30도 견디는 히트펌프 기술 한미 공동 연구

삼성전자가 미국 에너지부 산하 오크리지 국립연구소와 영하 30도 이하에서도 효율적이고 안정적으로 작동하는 차세대 난방 기술을 공동 개발한다. ‘한랭지용 증기압축식 난방과 멀티 솔루션 개발’ 과제를 내년 상반기까지 진행하고, 단일 압축기로 극저온 난방 성능을 확보한 뒤 냉난방과 온수 공급이 가능한 히트펌프 냉난방공조 제품에 적용할 계획이다.

연구진은 냉매를 압축하고 순환시켜 외부의 열을 실내로 옮기는 증기압축 기술을 고도화한다. 두 개의 스크롤이 맞물려 회전하며 냉매를 압축하는 방식을 채택해 에너지 손실을 줄이고 장시간 운전 안정성을 높인다. 기기가 열효율 저하를 감지하면 냉매를 추가 주입해 압축기 과열을 막는 ‘플래시 인젝션’ 기술도 적용한다.

증기압축 방식은 외부에서 열을 흡수한 냉매를 고온·고압 기체로 만들고, 이 열을 열교환기를 통해 실내 공기나 물에 전달한다. 열을 내보낸 냉매는 액체로 돌아가 같은 순환을 반복하면서 난방과 냉방, 온수를 공급한다. 다만 외부 기온이 내려갈수록 성능이 떨어져 영하 30도 이하의 추위가 장기간 이어지는 북미·북유럽 지역에서는 난방 능력과 기기 신뢰성을 함께 높이는 기술이 필요하다.

개발 기술은 미국 알래스카 페어뱅크스에 있는 로키국립연구소 필드테스트 랩에서 실증한다. 이 지역은 월평균 최저 기온이 영하 40도 안팎이며 역대 최저 기온은 영하 50도 아래로 내려간다. 혹한기에 난방 성능과 에너지 효율, 장시간 운전 안정성, 온수 공급 능력을 종합 점검해 실제 주거 환경에서의 활용 가능성을 확인한다. 삼성전자는 연구 데이터를 토대로 시스템에어컨과 히트펌프 보일러 등으로 적용 범위를 넓히고 난방 전기화 수요에 대응할 방침이다.