뉴스/공지사항
씨에이엔지니어링㈜ 홈페이지를 방문해 주셔서 감사합니다.
뉴스/공지사항
오텍캐리어, DC 효율향상 쿨링솔루션 제시
관리자
2023-08-01
조회수 284
급증하는 데이터 저장‧처리 수요에 따라 데이터센터(DC) 구축사업이 활발하게 진행되는 가운데 오텍캐리어(회장 강성희)가 에너지다소비시설인 DC의 효율향상을 위한 솔루션을 제시하는 세미나를 개최했다.
오텍캐리어는 7월25일 서울 여의도에 위치한 전경련회관에서 ‘캐리어 데이터센터 쿨링솔루션 세미나’를 개최하고 세계적인 에너지솔루션 전문기업으로서 획기적인 DC 에너지절감기술을 소개했다.
이번 세미나는 △DC 공조장비 설계동향(연창근 한국설비기술협회 DC위원장) △DC 냉방장비 소개(최도영 오텍캐리어 팀장) △DC에너지절감 쿨링솔루션 소개(Sheng Li 캐리어 빌딩솔루션 아시아본부 이사) 등 발표로 진행됐다.
▲ 김성훈 오텍캐리어 시스템사업본부장.
이어 “납품실적으로 여의도 IFC, 콘래드호텔, 일산 킨텍스, 인천공항 제1‧2여객터미널, 동남아 현대기아자동차 공장, 유럽‧중국 SK배터리 공장 등을 보유하고 있으며 DC의 경우에도 용산 KT용산센터, KT목동 1‧2센터, 국방DC, 대한항공DC 등 다수의 현장에 프로젝트를 수행했다”라며 “오늘 소개할 캐리어 DC 쿨링솔루션은 고효율 공조장비, 프리쿨링 솔루션, 히트리커버리 솔루션, 탄소중립 디자인, 디지털 솔루션 등이 포함된 만큼 이 자리에 참석한 건축주, 투자사, 건설사 및 설계사무소 관계자들이 좋은 정보를 얻어가기를 바란다”고 밝혔다.
▲ 연창근 설비기술협회 DC위원장.
연창근 설비기술협회 DC위원장은 ‘데이터센터 공조장비 설계동향’ 발표에서 “DC 공조장비 설계에 앞서 실외 온‧습도 조건을 가장 먼저 살펴야 한다”라며 “DC가 건립될 현장위치와 가장 인접한 WMO기준을 적용해 장비용량을 계산해야 한다”고 밝혔다.
외기조건과 관련해 기존에는 20년 빈도의 극한기후 조건을 파악하는 것이 보통이었지만 최근에는 50년 빈도의 극한기후 조건을 요구하는 현장도 나타나는 것으로 알려졌다. 이 경우 기존대비 온도가 2~3℃ 상승하게 되는데 이에 따라 쿨링타워 용량도 약 1.5배 커져야 한다. 투입비용대비 경제성이 타당한지 면밀히 살펴야함을 알 수 있는 대목이다.
다음으로 살펴야 할 점은 내부 온‧습도다. 온도기준은 Class1‧2 기준으로 18~27℃이며 상대습도기준은 20~80% RH다. 대부분의 글로벌사는 이를 기준으로 삼고 있으며 IT서버 발전에 따라 견딜 수 있는 온‧습도 범위도 높아져 문제가 없는 것으로 나타났다.
이어 △용수 △지역난방 △가스 △오수처리 등 현장 인프라 조사가 검토돼야 한다. 용수의 경우 시수, 중수, 공업용수 등 사용할 수 있는 용수 인프라를 검토하되 중수, 공업용수의 경우 수질과 관련한 수처리계획을 수립해야 한다. 이는 수냉식 적용가능성 여부를 검토하기 위한 것으로 냉각탑 보급수량은 평균적으로 2.85Ton/h‧MW를 사용한다. 수냉식에서 요구되는 시간당 사용량 이상의 시수공급이 불가능한 현장의 경우 공랭식 등 시수사용량이 낮은 냉각방식으로 변경이 필요하다.
▲ DC공조장비를 위한 Datahall 내부 온·습도 조건설정.
지역난방 의무고시지역의 경우 난방‧급탕사용량을 확인할 필요가 있다. 30만kcal/h 이상이라면 지역난방에 의한 흡수식냉동기 등 냉방장비를 설치할 수 있으며 DC 안정성을 위해 가능한 한 고온의 터보냉동기를 적용해야 한다.
현장에 가스인프라가 구축돼있다면 연료전지시스템을 도입할 수 있다. 최근 신재생에너지 비율을 확보하기 위해 연료전지 도입이 많아지는 추세다. 이를 위해 가스인프라가 필수이며 필요에 따라 감압 및 승압을 검토해야 한다.
만약 가스공급이 어렵다면 지열, 태양광, 태양열 등 다른 신재생에너지를 검토해야 한다. DC는 에너지소비량이 많아 신재생에너지 설치비율이 일반 건물에 비해 높다. IT부하가 48MW인 DC의 경우 경기도 녹색건축 기준으로 총에너지사용량의 1%를 필수로 적용해야 하므로 1,700kW 이상의 신재생에너지 적용이 필요하다. 사실상 이는 연료전지시스템을 제외하면 건물 내 수용이 상당히 힘든 실정이므로 가스인프라의 확인이 필수적이다.
설계기준 검토가 완료됐다면 공조장비를 선정해야 한다. 대표적으로 △칠러 △냉각탑 △항온기 △공기식 항온기 등이 있다.
칠러의 경우 냉매형식에 따라 고압‧저압 터보냉동기 선정이 가능하다. 고압은 대부분 제조사에서 생산하고 있어 선택의 폭이 넓으며 주로 사용되는 R134a 냉매의 경우 공급 및 가격이 안정적이라는 장점이 있다. 또한 GWP가 낮은 R513A로 전환이 용이하며 터보, 무급유 마그네틱 터보 등 제품군이 많고 3,000RT 등 생산가능한 용량이 큰 것도 장점이다.
다만 고압가스관리법에 따라 안전관리자 선임이 필요하며 가스안전공사의 정기검사, 냉매정보관리시스템을 통한 관리를 진행해야 하는 어려움이 있다.
저압 터보냉동기의 경우 안전관리자 선임이 필요 없으며 GWP가 낮은 R1233zd, R514A 등 냉매를 사용할 수 있다는 장점이 있다. 반면 일부 제조사에서만 생산하고 있어 선택의 폭이 좁고 2,000RT 등 생산용량이 상대적으로 작다. 냉매가격이 높다는 점과 외형이 다소 커서 공간이 많이 필요하다는 단점도 있다.
칠러의 경우 DC운영 초기에 극소부하에 어떻게 대응할 것인가가 이슈가 된다. 최근 전열면적이 넓은 월타입 CRAH(Computing Room Air Handler) 적용으로 냉수온도를 18~20℃까지 올려 설계에 반영하는 등 냉수 공급온도를 고온으로 설정 후 운전하고 있다. 또한 지속적 열부하 대응을 위해 냉동기 부하율 유지가 필수적이다. 이를 위해 냉동기 대수구분 시 초기 극소부하 대응용 가변용량 냉동기를 설계에 반영하고 있다.
냉각탑은 형식에 따라 밀폐형 냉각탑과 개방형 냉각탑을 선정할 수 있다. 밀폐형 냉각탑은 코일 외부에 살수되는 물을 팬으로 증발시켜 코일의 냉각수를 냉각하는 방식이다. 냉각수가 코일 내에서 흐르기 때문에 외부접촉으로 인한 오염우려가 없어 대기오염이 많은 장소에 유리하며 동절기 운전에 적합하고 장비 수명단축 및 장애발생이 적다.
다만 설치비용이 개방형대비 3배로 높으며 코일표면에 발생하는 스케일 제거를 위한 핀 세척이 필요하고 부동액을 투입‧보충‧폐기하는 과정에서 추가비용이 발생한다.
이에 비해 개방형은 팬으로 송풍함으로써 충진재 상부에 살수된 냉각수를 공기로 직접 냉각하는 방식이다. 냉각수의 수질이 다소 좋지 않더라도 필터 품질에 따라 사용이 가능하며 설치비용이 저렴한 장점이 있다. 다만 냉각수가 개방돼 열교환하므로 동절기 동파위험이 있으며 정기적인 충진재 교체가 필요하고 비산율이 0.02%로 밀폐형에 비해 높다.
연창근 위원장은 “초기에는 DC 쿨링타워 선정 시 개방형에 거부감이 있었지만 실제로는 겨울철 팬을 가동하지 않고 냉각이 가능하므로 부하가 적으며 수량을 높이면 동파 걱정이 없다”라며 “유지관리 편의성에 따라 밀폐형을 선호하는 경향이 있지만 설치면적 및 중량, 에너지효율 등을 고려하면 개방형을 사용해도 문제가 없다”고 밝혔다.
이어 “최근 냉각탑 설계 트렌드는 출수온도 가능범위를 2.8℃로 설정하는데 습구온도 29℃의 경우 냉각수 출수온도는 31.8℃까지 설계가 가능하다”라며 “냉동기에 공급되는 냉각수 온도를 최대한 낮춰 냉동기 COP를 향상해 전력비를 절감할 수 있으며 온도차는 기존 5℃에서 7~8℃의 대온도차로 설계에 반영함으로써 동력비를 절감하고 배관경 축소에 따른 초기투자비용을 절감하고 있다”고 조언했다.
항온기는 설계사례를 통해 보면 국내‧외 현장에서는 △Coil Wall Unit(코일월 유니트)+Air Scrubber(공기세정기) △D2C(Direct to Chip) cooling(칩 직접냉각) △In Row Cooler(열기반 냉각) △Rear Door Heat Exchanger(RDHx: 후면 열교환) △Immersion Cooling(액침냉각) △Precision Cooling(2세대 액침냉각) △공기식 항온기 등이 활용된다.
Coil Wall Unit는 냉각코일 패널과 팬을 유니트로 구성해 벽면에 배치함으로써 냉기를 룸 전체에 보내는 순환형 시스템이다. 팬은 냉각코일팬 상부 또는 측면 등 현장 여건에 따라 다양하게 디자인할 수 있으며 유니트를 모듈개념으로 적용하는 것이 특징이다. 모듈은 N+1개를 배치함으로써 특정 모듈에 문제가 발생해도 DC운영에 문제가 없다.
특히 서버실은 팬이 다수 동작하므로 먼지가 많아 공기세정기를 함께 배치해 외기를 불어넣고 부유먼지를 집진하며 배기는 압력차에 따라 외부로 배출되록 시스템을 구성한다.
이와 같은 순환형 시스템을 구성할 경우 층고는 약 9m로 설계하는 것이 최근 동향이며 전기‧통신배선을 상부로 보낼 경우 액세스플로어를 제거할 수 있어 조정할 수 있는 여지가 있다. 다만 이 경우 철골작업 후 콘크리트 타설 시 구배가 오차없이 평평하도록 정밀한 시공이 필요하다.
D2C Cooling은 서버를 직접 냉각하는 방식이다. 쿨링타워만으로도 냉각이 가능하지만 부하가 더 높다면 냉동기를 추가할 수 있다. 서버에 쿨링패널을 장착해 냉동기에서 생산한 약 20℃의 냉수를 직접 공급하는 방식이다. 냉수가 직접 공급되지 않는 부분은 CRAH에서 공급되는 냉기를 흡입해 발열을 배출하는 공기냉각(Air Cooled) 방식을 활용한다.
이 방식은 Coil Wall Unit와 5:5 또는 7:3으로 조합해 복합적으로 시스템을 구성할 경우 효율이 좋다. 만약 발열량 6MW인 DC에 시스템을 구성한다면 Coil Wall Unit는 약 5MW를 처리할 수 있지만 D2C Cooling을 결합함으로써 전체 발열량 처리가 가능해 사업성을 높일 수 있다.
In Row Cooler는 서버와 서버 사이에 쿨러를 설치하는 방식이며 항온항습기와 패널이 없고 통상 서버 3대당 1대 쿨러를 배치하는 구성이다. 288개 랙이 설치돼 랙밀도 19.1kW/R인 DC의 경우 층별 5.5MW 발열량을 보이는 현장에 설치할 수 있다. 최근 DC 중에서도 수요가 높은 CDC(Colud Data Center)의 경우 In Row cooler와 D2C Cooling을 병행해 설치하지 않으면 부하처리가 어려운 경우가 많다.
Rear Door Heat Exchanger는 팬 없이 서버 후면에 코일만 설치하는 방식이다. 제조사마다 차이는 있지만 통상 서버마다 1~2개의 팬이 있으므로 쿨링은 팬 없이 냉각코일만으로 수행함으로써 PUE를 상당히 낮출 수 있다.
국내에서 운영하는 사례는 없으나 순환형 에어쿨링을 통해 15~20m 냉기를 보내는 방식보다 서버에 붙여 쿨링할 경우 전력소모량 차이가 커 앞으로 국내 DC에도 많이 도입될 것으로 예상된다.
