권순박(나옴) 설비공학회 회원은 11월24일 개최된 설비공학회 동계학술대회에서 ‘외기 유입 먼지 최적관리를 통한 설비시스템 ESG성능 향상’을 주제로 연구내용을 발표했다.
공조설비 운영에 있어 외기 유입 미세먼지 처리는 그간 부차적인 문제로 다뤄져 왔다. 미세먼지 처리에 사용되는 필터기술 중 특히 전처리 필터나 프리필터의 경우 부직포 필터 외 대안이 없었기 때문에 전처리 필터 유지보수에만 치중하고 있는 실정이다.
그러나 특정시기 외기상태에 따라 황사, 꽃가루, 비산먼지 발생 등의 문제가 발생할 경우 프리필터가 가장 쉽게 막히며 이에 따라 잦은 교체가 필요한 상황이다. 또한 프리필터의 막힘현상은 통과 유량을 감소시키며 이를 만회하기 위해 송풍팬 가동을 증대시키는 문제는 전력소비를 크게 증대시킨다.
이는 쉽게 막히지 않는 프리필터 기술을 적용할 경우 교체돼 폐기되는 부직포 필터를 줄일 수 있으며 차압증가가 낮게 유지된다면 송풍기 소비전력을 감소시킬 수 있는 측면에서 ESG적인 개선효과를 기대할 수 있다는 의미다. 이 연구는 대규모 데이터센터 공조설비시스템에서 기존 사용되고 있는 부직포 방식 프리필터를 개선할 수 있는 새로운 특수필터를 시범 적용해 기존 방식대비 압력감소 특성과 이에 따른 송풍팬 소비전류 감소에 대한 실증결과를 제시했다.
새로운 특수필터는 부직포를 사용하지 않고 반영구적인 재질로 구성된 3차원 구조의 DEMC(De-dusting, Ever-lsating efficiency, Maintenance free and Custom-fit) 특수필터다.
데이터센터(DC) CRAC(Computer Room Air Conditioning) 공조설비는 외기도입부, 필터링‧냉각부, 신선‧냉각공기 공급, 내부공기 순환부와 배기부로 구성된다. 외기와 내부 순환공기 정화를 위해 프리필터와 미디엄급 필터가 적용되고 있으며 이 연구에서는 기존 부직포 방식 프리필터를 DEMC 특수필터로 고체해 적용했다.
실시간 성능 파악을 위해 필터 차압, 송풍팬 소비전력, 송풍팬 풍량, 미세먼지 농도 및 온도, 슨도를 측정할 수 있는 IoT센서를 함께 설치했으며 동일 센서를 기존 부직포 프리필터 공간에도 함께 설치해 상호 비교분석했다.
부직포 프리필터대비 차압감소 효과‧송풍량↑소비전류↓
실증기간 중 부직포 방식 프리필터는 평균 64.7Pa의 차압을 나타냈으며 DEMC 특수필터의 경우 평균 58.1Pa의 차압을 나타내 약 10.2%의 차압감소 효과가 나타났다. 동일한 송풍팬 가동조건에서 약 10.2% 차압감소는 이에 해당하는 팬동력 감소를 의미한다.
CRAC 송풍팬 소비전력 실시간 데이터를 살펴보면 DEMC 특수필터가 적용된 송풍팬 소비전류량이 기존 부직포 필터가 적용된 송풍팽 소비전류량에 비해 약 5%가 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 송풍팬 풍량의 경우 DEMC필터 적용 시 부직포대비 5% 이상 풍량이 증가한다.
이를 종합하면 DEMC필터의 차압저감 효과 약 10%는 송풍팬 동력을 약 5% 감소시키며 풍량을 5% 증가시키는 것으로 추정할 수 있다. 앞선 연구는 필터 교체주기까지 막힘현상으로 인해 건물용 공조기에서 송풍량 최대 40%가 감소될 수 있으며 송풍량 증가를 위해 추가 팬동력이 최대 63%까지 증가되는 것으로 보고했다.
이번 연구에서는 기존 외기도입부 미세먼지 저감에 일반적으로 사용되고 있는 부직포 방식 프리필터를 대체할 수 있는 DEMC 특수필터를 DC의 CRAC 공조설비에 적용해 기존 부직포 방식과 비교 운영했다.
필터의 기본 성능이라 할 수 있는 차압변화 특성과 송풍팬 소비전류량, 송풍팬 풍량 등을 시간 IoT센서를 활용해 데이터 수집, 분석했으며 미세먼지 농도변화와 온도, 습도 데이터를 함께 수집, 분석했다.
초기 실증데이터 분석결과 기존 부직포 방식 프리필터대비 약 10.2%의 필터차압 감소효과가 발생했으며 CRAC 송풍기 소비전류가 약 5.44% 감소했고 송풍량은 약 5% 이상 증가했다. DEMC 특수필터의 경우 높은 분진 포집용량으로 기존 부직포대비 10배 이상 포집성능을 갖추고 있기 때문에 장기간 데이터 관측을 통해 부직포 필터 교체수량을 크게 감소시킬 것으로 전망된다.
이에 따라 막대한 전력을 소비하는 DC의 외기 먼지에 대한 효율적 관리가 가능하며 전력비용 절감과 폐기물 절감효과를 동시에 달성할 수 있을 것으로 예상된다.
권순박(나옴) 설비공학회 회원은 11월24일 개최된 설비공학회 동계학술대회에서 ‘외기 유입 먼지 최적관리를 통한 설비시스템 ESG성능 향상’을 주제로 연구내용을 발표했다.
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