2023.01.31 (화)

  • 흐림동두천 3.7℃
  • 맑음강릉 10.0℃
  • 구름많음서울 6.1℃
  • 맑음대전 9.7℃
  • 맑음대구 10.0℃
  • 맑음울산 10.6℃
  • 맑음광주 11.0℃
  • 맑음부산 10.0℃
  • 맑음고창 9.7℃
  • 구름조금제주 12.6℃
  • 흐림강화 5.4℃
  • 맑음보은 8.8℃
  • 맑음금산 9.4℃
  • 구름많음강진군 9.3℃
  • 맑음경주시 11.8℃
  • 맑음거제 8.4℃
기상청 제공

[특별기고] 판형 열교환기 AHRI 인증의 장점

“AHRI 인증은 곧 성능 보증”
표준화된 냉동공조기기 기술규격 제공…성능평가
인증 판형 열교환기 OPEX, 미인증대비 80% 절감

2021년 기준 글로벌 전체 데이터 생산량은 67ZB(제타바이트, 1ZB=약 1조GB)였다. 지난 2011년 보고서에 의하면 당시 글로벌 연간 데이터 생산량은 1.8ZB였으며 향후 2년마다 2배씩 증가할 것으로 예상했는데 현재 기존의 예상을 훨씬 뛰어넘어 2025년에는 글로벌 데이터 규모가 175ZB까지 증가할 것으로 전망된다.

이와 같은 가파른 증가폭의 데이터를 안전하게 저장 및 보관하기 위해 전 세계적으로 많은 수의 서버를 안정적으로 운영할 수 있는 데이터센터의 건립이 증가하고 있다.

24시간 365일 가동돼야 하는 데이터센터의 특성상 많은 전력이 소모되는데 우리나라 전기요금은 세계 다른 나라대비 저렴한 편이다. 한국전력의 2020년 OECD 통계기준 대한민국 산업용 전기요금은 94.3$/MWh로 OECD 평균 요금(107.3$/MWh)의 약 88% 수준으로 낮다.

또한 전 세계적으로 송배전 손실률이나 가정당 정전시간을 비교했을 때 우리나라의 전력품질 역시 세계 최고 수준이다. 이러한 전력사용의 장점으로 마이크로소프트(MS)와 아마존, 알리바바 등 글로벌 대기업들이 국내에 데이터센터를 운영 중이며 글로벌 데이터센터기업 에퀴닉스 또한 데이터센터 2곳을 국내에 건설 계획 수립 중이다.

최근 우리나라는 ‘2050 탄소중립’ 정책에 발 맞춰 온실가스 저감기술, 고효율 설비기술을 적용한 ‘그린빌딩’과 고효율 〮신재생에너지설비를 갖춘 ‘제로에너지빌딩’이 차세대 건물로 각광받고 있다. 이러한 차세대 건축물에 적용되는 에너지설비는 온실가스 절감효과에 더해 건물 전체 운영비용도 절감하는 효과를 나타내고 있다.

데이터센터의 서버는 사용량 증가에 따라 온도가 상승하게 된다. 이는 고장 및 성능저하의 원인이 됨으로 지속적인 냉각이 필요하며 데이터센터 전체 에너지소비량의 35% 이상 서버냉각으로 소모된다. 즉 효율적인 냉각은 데이터센터 운영비용 절감에 중요한 부분을 차지하므로 성능을 신뢰할 수 있는 냉각장비 적용이 반드시 수반돼야 한다.

AHRI 인증의 필요성
AHRI(Air-Conditioning, Heating and Refrigeration Institute)는 미국을 중심으로 인접국인 캐나다와 멕시코 일부 기업이 참여하는 북미 최대 냉동공조기기 인증제도다. 또한 AHRI는 산업제품에 대한 기술규격을 개발하고 제정하며 표준화된 기술규격에 의해 제품의 성능을 평가해 구매자와 사용자가 올바른 제품 선택을 할 수 있도록 기준을 수립하고 있다.

즉 AHRI 인증은 자체 성능인증 프로그램을 통해 제조사의 제품을 독립 시험기관에서 규격에 따라 시험해 그 결과를 바탕으로 제조사가 표기한 품질에 대한 성능을 인증하는 프로그램이다.



판형 열교환기, AHRI 인증 이점
열교환기는 그 성능을 예상하는 Simulation Program과 함께 테스트용 샘플을 AHRI에 제출하고 AHRI는 Simulation Data와 실제 테스트 Data를 비교한다. 두 결과에서 Simulation Data대비 열부하(Heat Load) 5%, 압력강하(Pressure Drop) 15% 오차 이내로 테스트 결과가 도출될 경우에만 AHRI 인증을 얻을 수 있다.

이와 같은 방법으로 AHRI 인증을 받은 열교환기는 그 성능을 보증해 관련 산업시스템 효율향상에 기여하고 있으며 냉각장비의 에너지소비량을 감소시켜 운영비용 절감효과를 보여주고 있다.

예를 들어 냉각수(1차측) 입구온도 13°C, 출구온도 6℃, 냉수(2차측) 입구온도 5℃, 출구온도 12℃를 유지하고 유량이 같은 4,408kW 용량의 열교환기가 있다고 하자. 동일한 열용량을 만족하기 위해 고려해야할 부분은 열전달계수, 전열면적, 대수평균온도차(LMTD: Logarithmic Mean Temperature Difference)이며 판형 열교환기는 전열판의 크기 및 수량에 따라 열교환기 비용의 차이가 발생한다.

즉 전열판 수(전열면적)가 감소되면 열교환기의 초기투자비용(제품가격)이 감소된다.

AHRI 인증을 받아 올바르게 선정된 열교환기를 적용할 경우(예시 A), 전열면적은 955m²이며 접근온도 1℃는 LMTD(Logarithmic Mean Temperature Difference: 대수평균온도차)와 같다.

반면 AHRI 인증을 거치지 않은 더 작은 전열면적으로 설계된 열교환기의(예시 B, C) 전열면적은 842m²(약 12% 감소), 736m²(약 23% 감소)이다. 열 용량 공식(Q = U×A×LMTD)에 의해 LMTD를 계산해 보면, 예시 B, C의 LMTD는 1.23℃, 1.44℃로 증가한다. 이 LMTD의 값에 따라 예시 B와 C 에서의 열교환기 냉수(2차측) 온도는 11.5℃, 11.0℃로 토출돼 냉각기로 회수된다.

작아진 열교환기는 적정 사양의 열교환기 설계대비 초기비용이 적게 드는 효과를 낼 수 있다.

하지만 12℃의 회수온도에 도달하지 못한 냉수는 동일 용량을 만족하기 위해 더 많은 유량을 필요로 한다. 냉수 온도가 11℃로 냉동기에 회수될 경우 냉수유량증가는 불가피하며 이는 냉수펌프의 소비전력 약 17% 증가로 이어진다. 또한 낮은 온도의 냉수 유입으로 인해 냉동기 내 압축기 증발온도가 감소해 압축기 소비전력 증가를 야기시킨다.

일부 제조사가 AHRI 인증이 없이 작은 전열면적으로 설계된 저렴한 열교환기를 제안할 경우 제품 구매비용, 즉 투자비용을 줄일 수 있으나 운전상의 소비전력 증가로 인해 추후 운영비용이 크게 증가하게 된다.

예를 들어 냉각장비를 10년간 가동할 경우 적정사양의 열교환기를 적용한 냉각시스템의 OPEX(Operating Expenditure: 운영비)는 그렇지 않은 냉각시스템대비 80% 절감효과를 기대할 수 있으며 운영비용 절감에 따른 열교환기 ROI(Return On Investment: 투자대비 수익률) 예상기간은 1.3년으로 단기간 내 투자금을 회수할 수 있다.



제공 냉각성능 인증 판형 열교환기 제공
댄포스는 2016년 세계적인 판형 열교환기 전문기업 SONDEX를 인수한 후 기존 댄포스와 SONDEX의 판형 열교환기 포트폴리오를 통합하고 세계에서 가장 다양한 AHRI 인증모델을 통해 최적화된 성능과 크기의 열교환기 솔루션을 제공하고 있다.

댄포스 판형 열교환기는 제주 D타워, 상암 및 동탄에 위치한 데이터센터에 설치돼 열교환기의 고효율 성능을 인정받고 있으며 2023년 완공 예정인 국내 최대 데이터센터 납품을 위해 제작을 진행 중이다.

이는 제품의 성능 신뢰성 측면에서 국내 건설사 및 데이터센터산업에 경쟁력을 인정받고 있음을 보여준다.