애로우 일렉트로닉스(이하 애로우)가 공기열원 히트펌프(ASHP)를 에너지 효율성, 신뢰성, 지속가능성을 새로운 수준으로 끌어올리는 차세대 HVAC 시스템의 핵심 대안으로 제시했다. 애로우는 ASHP를 전력 전자, 스마트 제어, IoT 연결성, 저 GWP 냉매 기술이 결합된 시스템으로 소개하며 주거용부터 상업용·산업용까지 폭넓은 적용 가능성을 강조한다.

ASHP는 연소나 전기 저항으로 열을 생성하는 기존 방식과 달리, 냉매를 사용한 증기 압축 냉동 사이클을 기반으로 작동한다. 난방 시에는 외기가 낮아도 외부 공기에서 열에너지를 추출해 압축으로 온도를 높여 실내에 공급하고, 냉방 시에는 이 과정을 역전시켜 실내 열을 외부로 방출한다. 전기 저항식 난방과 비교할 때 훨씬 높은 성능계수(COP)를 달성해 에너지 소비와 운영 비용을 절감하면서도 연중 쾌적한 열환경을 제공한다는 것이 핵심 강점이다.

시스템은 실외기와 실내기로 구성된다. 실외기와 실내기는 공통적으로 입력 전원 보호, 전력 변환 및 전원 공급, 센싱 및 신호 컨디셔닝, 모터 구동 및 제어, 시스템 제어 및 모니터링 블록을 갖추고 있으며 HMI와 무선 인터페이스는 실내기에만 탑재된다. 시스템 전원 및 모터 구동 블록은 사용 사례와 최종 애플리케이션에 따라 유연하게 조정 가능하다.

 

ASHP 설계에는 복합적인 기술 과제가 수반된다. 전력 전자 부품은 -40°C에서 +155°C에 이르는 광범위한 온도 정격을 갖춰야 하며 히트싱크와 냉각 방식 같은 열 관리 솔루션도 필수적으로 고려해야 한다. 실외 팬 모터에서는 결빙 방지와 제상(除霜) 제어 로직이 핵심 과제다. 성에가 감지되면 사방 밸브가 시스템을 냉방 모드로 전환해 고온 냉매를 실외 코일로 보내고 팬을 정지시켜 성에를 빠르게 녹인다. 모든 PCB에는 컨포멀 코팅을 적용해 습기와 결로로부터 보호하고 부식 및 단락을 방지해야 한다.

고전력 스위칭 소자와 민감한 디지털 신호가 공존하는 구조 특성상 전도성·방사성 전자기 간섭(EMI) 역시 주요 설계 변수다. 적절한 EMI 필터링, 접지 설계, 차폐, PCB 레이아웃 기법이 필수적이다. 실내기와 실외기 MCU 간 통신이 단절될 경우 시스템 동기화가 상실될 수 있어 안전 운전 상태로 전환하거나 압축기를 안전하게 정지시키는 페일세이프 로직도 반드시 구현해야 한다.

규제 변화도 HVAC 설계 전반을 구조적으로 바꾸고 있다. 2020년 제정된 미국 혁신 및 제조법(AIM Act)에 따라 2025년 1월 1일부터 R-410A를 사용하는 신규 HVAC 장비의 제조 및 수입이 금지됐다. 업계는 GWP가 훨씬 낮은 R-32, R-454B로의 전환을 요구받고 있다. 이 냉매들은 약한 가연성(A2L 등급)을 가져 누출 감지 센서와 자동 차단 메커니즘의 통합이 의무화된다. 새로운 냉매는 서로 다른 열적·압력 특성을 가지므로 압축기, 팽창 밸브, 열교환기, 제어 알고리즘이 이러한 특성에 맞게 최적화되어야 한다. 이는 단순한 화학적 변화가 아니라 HVAC 시스템 아키텍처 전체를 다시 설계해야 하는 수준의 변화다. 기존 R-410A 재고의 판매 및 설치는 허용되지만 2036년까지 완전 퇴출될 예정이다. 이어 효율 기준도 강화됐다. SEER2, EER2, HSPF2 등 새로운 기준을 충족하려면 고급 마이크로프로세서 기반 제어 시스템과 압축기 및 팬을 위한 가변 속도 드라이브가 요구된다.

애로우는 이러한 복합 요구에 대응하기 위해 YAGEO Group, Diodes Incorporated, STMicroelectronics, Infineon, Toshiba, Microchip, TDK, Murata, onsemi, Bourns, Littelfuse, Honeywell, NXP, Silicon Labs, Same Sky, Molex, TE 등 주요 제조사의 부품으로 구성된 광범위한 제품 라인업을 제공한다. 전원 입력 및 보호, 전력 소자 및 모터 구동, 센서 및 측정, 제어 로직, 연결 및 무선 통신, 사용자 인터페이스, 릴레이 및 스위칭, 인터커넥트·수동소자 및 전자기계 부품에 이르기까지 시스템 전 영역을 커버한다.

 

헬로티 구서경 기자 |