[기고] 데이터 센터 고효율화를 위한 냉각기술 핫 이슈
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[기고] 데이터 센터 고효율화를 위한 냉각기술 핫 이슈
  • 석주원 기자
  • 승인 2020.07.09 15:27
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냉각기술 동향과 데이터 센터 에너지 효율화를 위한 정책 제시

[글=박세환 Ph.D.]
   기술법인 엔펌(ENF) 전문위원(Chief Consultant)
   한국CCTV연구소 영상보안CCTV산업발전연구회 회장
   한국산업기술진흥협회 ReSEAT프로그램 전문위원
   용인시정연구원 비상임연구위원

 

빅데이터 시대 데이터 센터를 구성하는 다양한 인프라의 설계 기준이 초기에는 서버 안전성에 초점을 맞춘 설계 및 운영이 이루어졌으나, 근래에는 이러한 설계 기준이 바뀌어 에너지 절약이 주목받고 있다. 이는 에너지 비용 절감을 넘어 저탄소 패러디임을 수용해야 하는 책임의식 때문이다. 이번 호에서는 데이터 센터의 에너지 효율성을 향상시키기 위한 전력 효율성 향상 이슈, 저탄소 지향의 데이터 센터 냉각장치 고효율화를 위한 저탄소 지향의 데이터 센터 냉각 기술 핫 이슈를 파악해본다.

기술 발전에 따른 데이터 센터 관리 환경 변화

기존 데이터 센터들은 내부 온습도 조건을 온도 21.5℃, 습도 45.5% 수준으로 매우 엄격하게 관리하며 서버 설비 운영의 최적 환경을 유지시켰다. 이처럼 일정한 온도와 습도를 유지하기 위해서는 많은 에너지가 필요하다. 하지만 획기적인 ICT 기술적 진보로 인해 장비의 내열성이 우수해지고 에너지 비용 및 온실가스 배출에 대한 경고의 목소리가 높아지면서 실내 조건을 좀 더 완화하는 방향으로 데이터 센터 설계가 이루어지고 있다.

미국냉난방공조기술자학회(ASHRAE)에서는 데이터 센터의 온도를 18~27℃로 권장하고 최대 15~32℃(class1)와 10~35℃(class2)까지, 상대습도도 20~80%까지로 그 기준을 완화했다. 실내온도를 1℃ 완화시킬 경우 4%의 운영비를 절감할 수 있다. 이처럼 데이터 센터 온습도 조건을 완화할 수 있었던 이유는 서버 제품 자체의 내구성 향상도 영향을 미쳤지만, 일반적으로 데이터 센터에서 서버를 교체하는 주기인 3~5년 안에만 문제가 발생하지 않으면 되기 때문이다.

그래서 기업들은 최적의 환경을 유지하는 것보다 냉방 수준을 낮춰 에너지 비용을 절감하는 추세다. 기술의 발전을 통해 사람과는 다른, 그리고 과거와 크게 달라진 서버의 민감도 등을 감안한 새로운 공조 시스템이 고안, 운용될 수 있게 된 것이다.

 

데이터 센터 전력 효율성 향상 이슈

데이터 센터의 에너지 효율성을 향상시키기 위해서는 전력 사용 효율(Power Usage Effectiveness, PUE)을 향상시키는 것이 최우선 과제다. 이를 위해 전기 에너지 외의 다양한 에너지 사용량을 전력 사용량으로 변환하기 위한 변환계수 개발이 필요하다. 이에 국내 데이터 센터 냉각기술 관련 산업 환경에 맞는 에너지 사용량 전력 변환계수의 개발과 이를 기반으로 한 기술 표준화가 시급한 상황이다.

PUE는 데이터 센터 전체 전력량을 ICT 인프라 전력량으로 나눈 값으로 표시하는데, 정부는 PUE가 1.8보다 낮거나 상위 30%에 해당할 경우 인증을 부여하고 있다. PUE 값이 1에 가까워질수록 에너지 효율이 높음을 의미하며, 업계 평균은 2.5 정도다. 기후변화, 에너지 자원 고갈, 환경오염 및 경기 불황 등 글로벌 위기가 심화되면서 PUE 지수는 강화된 그린 데이터 센터 관리 기준으로 활용되고 있다.

저탄소 지향의 고효율화 이슈

저탄소 지향의 데이터 센터 냉각장치 고효율화를 위해 ICT 장비의 ‘ENERGY STAR 80 PLUS’ 인증 요구 사항 수용을 권고하고 있다. ENERGY STAR 80 PLUS 인증은 전기 에너지 소비를 줄여 지구 온난화에 대응하고자 1992년 미국 환경보호국(Environmental Protection Agency, EPA)에 의해 제정되었으며 다양한 사무용기기, 조명기기, 가전기기 등으로 확대되고 있다.

이 프로그램에서 정의한 표준안을 사용하여 80% 이상의 교류 전력 효율을 나타내야 하는 요구 사항이 있다. 이를 통해 에너지 소비와 냉각설비 비용도 상당히 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 미국냉난방공조기술자학회의 ENERGY STAR 80 PLUS 인증에서 요구하고 있는 Class A3 지침은 설비 가동의 경우 건구온도는 5~40℃, 습도 범위(비응축)는 -12℃ DP & 8~85% RH, 최고 이슬점은 24℃, 최대 고도는 3050m, 최대 변화율은 5/20℃/hr를 요구하고 있으며 설비 전원 차단의 경우 건구온도는 5~45℃, 상대 습도는 8~85%, 최고 이슬점은 27℃를 유지할 것을 권고하고 있다.

ENERGY STAR 80 PLUS 인증 요구 사항을 수용하기 위해서는 열이 랙(rack)에서 방출되기 전에 100% 제거할 수 있는 수냉설비를 이용하는 방법 CRAC(Computer Room Air Conditioner) 대신에 신선한 외기를 이용하는 방법이 있다. 특히 랙 단위의 수냉설비를 이용한 간접 증발식 냉각 시스템은 외기를 직접 이용할 경우 발생할 수 있는 ICT 장비의 오염이나 부식 등을 줄일 수 있는 장점이 있다. 간접 증발식 냉각 시스템은 전기 에너지가 아닌 자연 에너지와 물질의 상태 변화를 이용하는 자연 친화적인 free cooling 방법으로 알려져 있다.

신선한 외기를 이용한 냉각 방식을 통해 데이터 센터 냉각장치의 에너지 비용 절감 및 에너지 효율성 향상 사례로는 ▲미국 국립재생에너지연구소(NREL)의 액침식 제습 시스템과 고효율 간접식 증발 냉각(IEC) 방식을 이용한 냉각기술 ▲Intel의 58℃ 100% 외기를 이용한 냉각기술 ▲IBM의 100%의 가동 시간 동안 최대 40℃에서 서버 작동 안정 기술 ▲LG CNS의 컨테이너형 built-up 외기 도입 시스템 등을 들 수 있다.

 

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