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[HVAC KOREA] 데이터센터 에너지절감 솔루션 방안

IDC 효율화, 냉방에너지를 잡아라



4차 산업혁명이 가시화됨에 따라 사회·경제적으로 많은 변화가 일어나고 있고 데이터를 기반으로 한 산업분야가 성장하고 있다. 이러한 데이터를 저장하고 4차 산업혁명의 기반이 되는 시설이 데이터센터로 앞으로 관련산업의 폭발적인 성장이 예측된다. 하지만 데이터센터가 사용하는 막대한 전력량은 풀어야 할 과제로 남아있다.

‘데이터센터 에너지절감 솔루션 방안’ 섹션에서는 국내 데이터센터산업의 현황과 데이터센터 에너지절감 솔루션 및 구축사례 등이 소개됐다.

첫 번째 발표로 연창근 한일엠이씨 사장이 ‘데이터센터 에너지절감 구축사례’를 소개했다.

데이터센터는 IT장비가 전체 에너지의 52%가량을 차지하고 냉방 38%, 전력·통신, 조명 및 기타가 나머지를 사용하고 있다. 눈여겨볼 점은 서버 냉방시스템을 위한 에너지소비량이 데이터센터 전체 에너지소비의 약 40%를 사용하고 있다는 점이다.

데이터센터의 에너지효율을 평가할 때 PUE(power usage efficiency)로 평가하는데 총 사용전력을 IT전력으로 나눈 값이다. 1에 가까울수록 에너지효율이 높은 것을 의미한다. IT장비를 제외하고 가장 큰 비중을 차지하는 것이 냉방시스템인데 HP, MS, Facebook, Google, Sakura Internet 등은 한랭지에 데이터센터를 설치해 외기냉방으로 PUE를 낮추고 있다.

국내에 위치한 데이터센터 역시 냉방에너지를 낮추기 위해 다양한 방법을 사용하고 있다. 중간기, 동절기 Free cooling이나 공랭식 냉동기를 활용한 외기냉수냉방 등 외기를 적극 활용하거나 터보냉동기, 수축열·빙축열 등을 적용, 열원을 다변화하는 방법도 사용되고 있다. 또한 지역냉방, 간접외기냉방 등도 적극 활용된다.

특히 토탈 커미셔닝(Total Commissioning)으로 안정적이고 에너지효율적인 최적의 데이터센터 구축에 기여하고 있다. 커미셔닝은 건축 기계설비 시스템의 성능확보를 위한 중요한 요소로 설계단계부터 준공 후 운영단계에 이르기까지 전 과정에 걸쳐 수행된다.

건축주의 요구에 부합되도록 설비시스템의 계획, 설계, 시공, 성능 시험 등을 확인하고 건물 운영에 필요한 운전성능을 검증, 문서화하는 과정이다. 즉 건축주의 설계의도 반영과 최적의 에너지절약적인 기능 및 성능구현의 검증을 목표로 한다.

연창근 사장은 “토탈 커미셔닝을 통해 전 단계에 걸쳐 건물에 대한 건축주의 의도를 확인하고 반영해 불필요한 추가 공사비용 최소화하고 설계도서상의 문제점을 파악, 수정사항을 건축주에게 제공함으로써 정확한 장비발주와 시공비용을 절감할 수 있다”라며 “공조설비 시스템에 대한 과부화 운전과 비효율적 운전상태를 개선함으로써 장비 및 시스템의 수명연장을 기대하며 시설관리자에 대한 운전 및 유지관리 교육을 통해 효율적인 운전방법을 숙지시키고 공사완료 후 문제점과 하자발생 제거하고 있다”고 설명했다.

황수찬 한국데이터센터연합회 그린DC위원장은 ‘그린데이터센터 인증제 소개’를 발표했다.

데이터센터는 4차 산업혁명 핵심기술인 ICBM, AI 등을 위한 핵심인프라로 신산업 육성을 위한 디지털 공장이다. 4차 산업혁명 도래로 데이터 및 컴퓨팅 수요가 급증하며 전세계 데이터센터 시장규모는 급성장 및 글로벌 구축이 확산되고 있다.

글로벌 ICT기업들은 데이터센터의 안정적 운영과 전력사용효율(PUE) 향상을 위해 친환경·고집적 데이터센터 구축에 나섰다.

국내 역시 인터넷·모바일 보급률 세계 1위, 디지털 데이터량 증가 등으로 데이터센터시장은 지속성장 중이며 글로벌 ICT기업 데이터센터의 국내시장 진입이 활발해지고 있다. 현재 국내 산업 전체 전력소비량의 약 1%가 데이터센터에서 소비되고 있는 상황으로 데이터센터 역시 고집적·고효율화를 진행중이나 글로벌 ICT기업에 비해 다소 미흡한 것이 현실이다.

이에 따라 그린DC인증위와 한국데이터센터연합회(KDCC)는 데이터센터산업 활성화 및 그린데이터센터 인증 확산을 위한 대정부 정책 기획 및 대응활동을 추진하고 있다.

그린데이터센터 인증제도는 전력소모량이 많은 데이터센터의 그린화(에너지효율화)를 통해 국가적 에너지절감에 기여하고 데이터센터 산업발전 기반을 마련하기 위해 탄생, 제1회부터 6회까지 총 14개 기관 18개 센터에서 인증을 획득했다.

황수찬 위원장은 “그린데이터센터인증을 통한 에너지절감활동은 데이터센터의 운영비 절감효과 및 기업의 사회적 책임활동에 기여할 수 있으며 더 많은 참여유도를 위해 현재 정부와 인센티브 부여를 논의하고 있다”라며 “지식서비스 특례요금 추진, 데이터센터 산업용 전기 적용, 에너지·환경분야 규제, 데이터센터 건축관련 규제, 보안‧정보보호관련 규제 등 관련부처와 협의를 진행하고 있다”고 말했다.

김민재 슈나이더 일렉트릭 코리아 부장은 ‘인공지능을 이용한 데이터센터 쿨링에너지 절감’을 소개했다.

전통적인 데이터센터 쿨링 디자인 방식은 △정형화 된 랙 레이아웃 △정형화 된 랙 부하밀도 △존별 공기흐름 균형 △모든 쿨링 운영동작이 동일 등을 가정하고 설계했다.

하지만 실제운영에서는 △다양한 렉 레이아웃 △다양한 랙 밀도 △복잡하고 다양한 공기흐름 △쿨링 운영동작이 각기 다름 등 설계단계에서 예상하지 못한 상황이 펼쳐진다.

슈나이더의 AI엔진을 이용한 다이나믹 쿨링(Schneider-Electric Dynamic Cooling Control with AI Engine, DCIM)은 데이터센터 쿨링에 중요성과 위험도가 높아지는 환경에서 인공지능과 정밀한 쿨링컨트롤을 통한 에너지절감이 특징이다.

일반적인 데이터센터의 쿨링 컨트롤은 IT 부하기준이 아닌 쿨링장비 주변온도에 따라 조절되기 때문에 불필요한 에너지사용을 초래한다. IT 부하 발열에 맞는 쿨링 컨트롤이 에너지효율을 높일 수 있다.

다이나믹 컨트롤을 통한 공기흐름의 균형조절은 핫스팟의 98%를 감소시킴으로써 에너지낭비요인을 제거할 수 있다. 이를 통해 냉방전력의 40%를 감소시킬 수 있으며 전체 PUE의 13%를 개선하고 사용가능한 냉방용량을 26% 증가시키는 효과를 가져왔다.

다이나믹 쿨링의 장점은 모든 냉방장비에 적용이 가능하고 운영자가 원하는 대로 IT부하에 맞춰 자동으로 냉방을 조정, 핫스팟 제거와 함께 낭비되는 냉방에너지를 줄일 수 있다는 것이다.

김민재 부장은 “슈나이더의 DCIM Cooling Optimize를 적용한 A사의 대형 데이터센터는 기존 존재하던 핫스팟 19개를 모두 없애고 냉방전력 사용량을 164kW에서 26kW로 줄여 1억6,400만원이던 연간 에너지소비비용을 1억4,000만원가량 절감해 2,500만원으로 대폭 절감했다”라며 “쿨링옵티마이즈의 기술적 검증은 2016 Bloomberg New Energy Pioneer, 2016 TiE50 ‘Top Startup’, 2016 Facility Executive Readers’ Choice Awards 등 수많은 수상경력을 통해 입증됐다”고 말했다.

이도형 존슨콘트롤즈 차장은 ‘데이터센터 에너지절감 솔루션’을 통해 냉각시스템 최적화를 제안했다.

존슨콘트롤즈는 국내 산업에 터보냉동기, 스팀터빈 냉동기 등을 제공하며 냉동공조분야에서 우수설비 공급자로서의 위치를 확고히 다지고 있다. 또한 해외 다수 현장에서 성능이 입증된 데이터센터용 항온항습기 제품을 국내 도입하며 에너지절감을 이끌고 있다.

데이터센터에서 실제 냉동기가 100% 부하로 운전되는 시간은 전체의 1% 미만이다. 결국 부분부하의 운전효율이 에너지절감의 키포인트가 된다는 의미인데 존슨콘트롤즈가 제공하는 제품은 이러한 부분부하운전에도 최고의 효율을 자랑한다.

특히 존슨콘트롤즈는 대용량 데이터센터부터 소용량까지, 소규모 전산실 및 방송장비실에 최적화된 에너지절감형 고효율 냉방솔루션을 제안하고 있다.

대용량 데이터센터는 냉각수 입구온도 저하에 따른 서징에 자유롭고 고효율 운전, 유지보수가 간단한 YMC2 무급유 인버터 터보냉동기 적용이 가능하고 소용량 데이터센터에서는 연중 냉방이 필요한 조건에서 구성이 간단한 공냉식 프리쿨링 인버터 스크루 냉동기 YVFA를 추천한다.

이도형 차장은 “높은 냉수조건으로 효율이 향상된 YK 터보냉동기와 낮은 냉각수조건에서도 운전이 가능하며 유지보수가 간단한 YMC2 무급유 인버터 터보냉동기는 대형 데이터센터에서 최적의 환경을 제공한다”라며 “또한 소규모 전산실 및 방송장비실에는 F-시리즈 프리쿨링 공기조화기 및 P-시리즈 프리쿨링 항온항습기를 적용해 저렴한 연간 운전비용으로 운영이 가능하다”고 설명했다.