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스페셜리포트

조진균 한밭대 교수 “DC 안정성 vs 에너지효율 균형적인 설계고려 필수”

비상상황 시 골든타임 조치…비용발생 최소화

조진균 한밭대 교수는 ‘데이터센터 냉각기술: 비상시 안전성 vs 에너지효율’을 발표를 통해 데이터센터 건설 시 고려해야 할 안정성·에너지효율 간 비용효율성에 대해 설명했다.

데이터센터는 산업 디지털화의 가장 핵심적인 역할을 하고 있으며 최근 5년간 약 50%가 증가했다. 운영환경의 안정성 확보가 매우 중요함에 따라 IT전력밀도와 이에 대응해야 하는 냉각시스템의 기술적 측면이 고려돼야 한다.

특히 2019년 기준 서울시 에너지다소비건물 324개소 중 14개소가, 상위 30개소 중 9개소가 데이터센터로 조사됐다. 1위는 서울대학교이지만 2위인 KT 목동 IDC1의 단위면적당 에너지소비량은 18배 높은 수치로 나왔다.

정전 발생 후 공조설비 정지
데이터센터 건설에서 안정성이냐, 에너지절감이냐를 선택해야 한다. 안정성이 높은 데이터센터는 운영비용이 많이 소요되지만 에너지절감성이 높다면 운영비가 줄어든다. 하지만 사고로 인해 데이터센터가 한번 멈춘다면 단기적인 비용절감보다 더 큰 손해가 발생하는 경우가 많다. 

데이터센터의 장애발생 원인 중 정전이 35.2%로 가장 큰 비중을 차지하고 있으며 공조설비의 고장은 2.3%로 낮은 비중을 차지한다. 

그러나 정전발생 시 UPS 작동으로 IT설비는 살릴 수 있지만 공조설비까지 작동시키기는 힘들다. 공조설비를 작동시키는 이유는 IT서버의 발열을 제거하기 위해서다. 제때 온도를 낮추지 못한다면 서버는 고장나기 때문에 비상상황 발생 시 골든타임 안에 조치가 이뤄져야 비용발생을 최소화할 수 있다.

데이터센터 냉각방식은 IT전력밀도에 따라 변화하고 있다. 기존 5kW 미만 랙에서는 공간단위 냉각방식을 사용했으며 12kW 이상 고집적 시설에서는 기존냉각방식으로는 서버발열을 감당할 수 없으니 열기반, 랙기반 방식이 적용돼야 한다. 향후 랙용량이 더욱 오른다면 직접 칩셋냉각(수냉식), 액침냉각(immersion) 적용을 적극 검토해야 한다.

데이터센터는 IT장비의 보호를 위한 적정환경을 유지해야 한다. ASHRAE에서는 IT장비가 정상적인 운영상황에서 권장되는 환경범위 내 운전조건을 유지하도록 신뢰성 범위를 매뉴얼화했다. 

데이터센터 냉각시스템의 안정적이고 경제적인 설계 및 장비선택을 위해 비상상황의 냉각시스템 중단 후 허용 가동시간 분석이 중요하다. 공간단위 냉각시스템(냉수공급온도 7℃, CRAH 급기온도 15℃)에서는 열원시스템 중단 후 약 320초 동안 IT서버로 유입되는 공기온도가 ASHRAE 허용기준을 유지했다. 열기반 냉각 냉수공급온도 15℃ 및 CRAH 급기온도 20℃에서 240초, 냉수공급온도 19℃ 및 CRAH 급기온도 24℃에서 85초 동안 ASHRAE 허용기준을 유지했다.

조진균 교수는 “2021년 전 세계 하이퍼스케일 데이터센터가 659개로 집계되는 만큼 데이터센터 운영환경의 안정성 확보가 매우 중요하다”라며 “IT전력밀도와 이에 대응하는 냉각시스템의 기술적인 특성을 함께 고려해야 한다”고 말했다. 

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