LG전자가 개발한 ‘AI 데이터센터용 600kW급 고효율 냉각수 분배장치(CDU: Coolant Distribution Unit)’와 ‘버려지는 폐열을 전기로 115℃까지 끌어올리는 무급유 산업용 히트펌프’가 ‘2026 대한민국 올해의 10대 기계기술’ 후보로 나란히 선정됐다.

 

10대 기계기술로 선정된 두 기술은 적용시장과 작동방식은 다르지만 고밀도·고온화하는 산업환경에서 열을 안정적으로 이동시키고 제어한다는 공통점을 갖는다. CDU는 AI 서버에서 발생하는 고밀도 열을 액체로 회수하는 장치이며 산업용 히트펌프는 저온의 산업폐열을 고온수와 스팀으로 승온해 화석연료 보일러를 대체하는 기술이다.

 

LG전자가 냉동공조기기 공급을 넘어 AI 데이터센터 냉각과 산업공정 열에너지 전기화를 아우르는 B2B 열관리 솔루션사업으로 기술영역을 확대하고 있음을 보여주는 사례로 평가된다.

 

 

600kW CDU로 고밀도 AI 서버 발열 대응

AI 데이터센터용 CDU는 서버와 데이터센터 냉각설비 사이에서 냉각수를 순환·분배하고 서버에서 회수한 열을 1차측 냉각계통으로 전달하는 액체냉각 핵심장치다.

 

LG전자는 GPU 소비전력과 서버 발열밀도 증가로 기존 공랭식 냉각방식이 한계에 도달하고 있다는 판단에 따라 2025년 1월부터 2026년 4월까지 600kW급 CDU를 개발했다. 개발제품은 접근온도차인 ATD 4℃ 조건에서 600kW의 냉각성능을 확보했으며 2차측 900L/min, 1차측 965L/min의 냉각수 유량을 구현했다.

 

CDU는 서버에서 요구하는 냉각수 온도와 유량을 유지하면서 실시간으로 변하는 IT부하를 제거해야 한다. 특히 AI 서버는 일반 서버보다 랙당 전력밀도와 발열량이 크기 때문에 펌프·열교환기·밸브뿐만 아니라 온도와 압력, 유량을 정밀하게 제어하는 기술이 중요하다.

 

LG전자는 CDU 내부 펌프를 이중화하고 주요 센서에도 이중화구조를 적용했다. 일부 센서가 고장 나더라도 정상 센서간 상관관계와 운전데이터를 이용해 대체값을 생성하는 ‘AI 가상센서’를 통해 운전을 지속하도록 구성했다. 24시간 가동되는 AI 데이터센터에서 단일 센서 이상이 냉각중단으로 이어지는 것을 방지하기 위한 기술이다.

 

AI 서버의 냉각부하는 설치된 서버 수와 실제 가동률, 연산작업에 따라 지속적으로 변한다. CDU가 최대부하를 기준으로 일정하게 운전하면 부분부하구간에서 펌프전력 낭비가 발생할 수 있다.

 

LG전자는 실시간 열부하에 따라 펌프의 최적 효율점을 추적하고 개별운전과 병렬운전을 전환하는 능동 부하분담기술을 적용했다. 서버부하를 최대부하까지 8개 운전구간으로 구분해 필요한 펌프 수와 회전수를 조정하는 방식이다.

 

 

내부 시뮬레이션을 기준으로 CDU 8대를 그룹제어해 1년간 운전할 경우 기존 고정부하 분담방식대비 최대 46%의 에너지절감효과가 기대된다. 이는 CDU의 정격효율뿐만 아니라 다수 장비가 설치되는 데이터센터 냉각계통 전체의 운전효율을 개선하려는 접근이다.

 

LG전자는 CDU와 팬월유닛(FWU), 칠러 등 데이터센터 냉각 핵심설비를 자체 개발하고 실제 AI 서버환경을 모사한 통합 테스트베드를 구축했다. 서버 부하변동에 따른 CDU·FWU·칠러의 연계운전과 제어로직을 검증했으며 600kW CDU가 국내 최초로 NVIDIA Marketplace 기술검토에서 ‘Qualified’를 완료했다.

 

CDU 배관배치와 펌프 슬라이드구조, 서비스도어, 센서결합구, 셧오프·체크밸브 배치, 스트레이너 우회배관, 센서고장 대응제어, 냉각기 그룹제어 등 장비구조와 유지관리·제어분야기술을 중심으로 특허도 출원했다.

 

산업폐열, 최대 115℃ 고온 열원으로 전환

함께 후보에 오른 산업용 히트펌프는 산업공정에서 버려지는 폐열을 회수해 100℃ 이상의 고온수 또는 스팀으로 전환하는 대용량시스템이다.

 

LG전자는 저압·고압 원심압축기를 직렬로 연결한 4단 압축구조와 무급유 자기베어링을 적용했다. 냉매는 GWP가 1인 R1233zd(E)를 사용했으며 최대 115℃의 열공급을 목표로 개발을 진행하고 있다.

 

산업공정용 고온 히트펌프는 공급온도가 높아질수록 압축기의 압력비와 토출온도가 상승한다. 특히 수 MW급 대용량시스템에서 100℃ 이상의 고온수와 70℃ 이상의 대온도차를 동시에 구현하려면 압축부하를 여러 압축단에 안정적으로 분배하고 서지와 액압축을 방지해야 한다.

 

LG전자는 저압부와 고압부에 각각 2단 원심압축을 적용한 4단 압축구조를 구성했다. 각 단의 유량과 압력비, 회전수, 서지 특성을 고려해 압축부하를 분산했으며 이코노마이저를 통한 냉매분사로 시스템성능을 최적화했다.

 

 

시험 결과 난방용량 3,616kW, 전체 압력비 6.52, 1~4단 평균 압축효율 82%를 달성했다. 기존 2단 압축방식과 비교해 난방 COP는 약 10% 향상됐다.

 

고온 히트펌프에서는 압축기 내부 윤활유의 열화와 오일 회수, 열교환기 오염이 장기운전 신뢰성과 효율에 영향을 줄 수 있다.

 

LG전자는 고속 회전체를 비접촉방식으로 지지하는 무급유 자기베어링을 적용해 윤활유 없이 압축기를 운전하도록 했다. 회전체의 위치와 진동을 정밀하게 제어해 ISO 14839 기준의 진동성능과 제어 안정성을 확보했으며 압축기 기계효율은 97% 이상을 기록했다. 오일순환계통을 제거함으로써 윤활유 관리부담과 보조동력을 줄이고 열교환기 표면에 오일이 잔류하면서 발생할 수 있는 열전달성능 저하도 방지할 수 있다.

 

고온 냉매 통합제어기술도 적용했다. 압축기 회전수와 냉매 압력·온도, 토출온도, 과열도, 중간압력, 각 압축단의 냉매분사량을 통합 제어해 서지와 액압축을 방지한다. 시험에서는 108.1℃ 고온수 생산과 70.9℃의 대온도차 운전조건에서 난방 COP 3.61을 동시에 달성했다. 목표 운전점에 도달한 이후에는 출수온도를 ±0.5℃ 이내로 유지해 산업공정에 필요한 정밀 온도제어성능도 확보했다.

 

LG전자는 2026년 6월 제지기업 아진P&P에 현장실증용 산업용 히트펌프를 설치하고 실제 공정과 연계한 검증을 진행하고 있다. 실증현장에서는 히트펌프 출수온도 108℃가 확인됐으며 생산된 고온수를 스팀발생기와 연계해 103℃의 스팀을 생산했다. 현재 공정운전데이터를 확보하며 제어로직과 제품 신뢰성을 검증하고 있다. 이를 통해 약 3.5MW급 설비를 기준으로 기존 화석연료 보일러대비 약 25%의 에너지절감과 약 28.8%의 탄소배출 저감효과가 기대된다.

 

제지뿐만 아니라 화학·정유·식품·섬유 등 고온수와 스팀을 사용하는 산업에서 보일러 대체와 공정열 전기화를 촉진할 수 있다. 4단 원심압축과 무급유 자기베어링, 저GWP 냉매, 고온제어기술은 대용량 칠러와 지역난방, 데이터센터 폐열회수 등 인접 분야로도 확장할 수 있다.

 

‘열 제거’에서 ‘열 재활용’으로 사업영역 확장

이번에 후보로 선정된 두 기술은 LG전자의 열관리사업이 서로 다른 방향으로 확장되고 있음을 보여준다.

 

AI 데이터센터용 CDU는 서버에서 발생하는 열을 신속하고 안정적으로 제거하는 기술이다. 산업용 고온 히트펌프는 산업현장에 남아 있는 저온 폐열을 회수해 다시 사용할 수 있는 고온 열원으로 전환한다.

 

CDU는 고밀도 IT장비의 안정적인 운전을 위한 ‘열 제거’에 초점을 맞추며 산업용 히트펌프는 버려지는 열의 품질과 온도를 높여 공정에 재공급하는 ‘열의 고도화’에 초점을 맞춘다. 두 기술을 통해 LG전자는 AI 데이터센터와 산업공정이라는 성장시장을 동시에 겨냥하고 있는 것이다.

 

특히 산업용 히트펌프는 데이터센터 폐열회수로의 기술확장 가능성도 제시하고 있어 주목된다. 향후 AI 서버에서 액체로 회수한 열을 히트펌프로 승온해 지역난방이나 인근 산업공정, 건물 급탕 등에 활용할 경우 데이터센터의 냉각효율과 폐열활용률을 함께 높이는 열에너지 순환모델로 발전할 가능성이 높기 때문이다.

 

향후 두 후보 기술이 최종 10대 기계기술에 선정될지와 함께 LG전자가 확보한 개별 냉각·히트펌프기술을 데이터센터와 산업공정의 통합 열관리솔루션으로 어떻게 사업화할지가 주목된다.