대한설비공학회 동계학술대회 액침냉각부문에서는 데이터센터(DC)의 높은 발열량 효율적으로 처리하기 위한 액침냉각 방식에 주목했다. 액침냉각이란 전기가 통하지 않는 비전도성액체에 전자기기를 침전시켜 열을 식히는 냉각기술을 말한다. 공기냉각방식보다 효율이 높아 전력소비를 30% 이상 절감할 수 있다.

DC 액침냉각 폐열, 흡착식 히트펌프로 냉각효율 극대화

부경대학교 연구팀은 “DC 액침냉각폐열 활용 흡착식 히트펌프 시뮬레이션 연구”를 통해 액침냉각폐열 활용한 흡착식 히트펌프 냉각효율을 분석했다.

연구는 액침냉각시스템에서 발생하는 약 53℃ 폐열을 열원으로 활용해 추가 냉각에너지를 생성하는 방법 시뮬레이션하는 방식으로 이뤄졌다. MOF(Metal Organic Framework) 흡착제를 사용한 결과 단위흡착제 질량당 냉각성능(SCP)은 256W/kg으로 나타났다.

연구팀은 “흡착제의 열 및 물질전달을 향상시키면 DC 냉각효율을 극대화할 수 있다”라며 “이번 연구는 흡착식 히트펌프 적용 가능성을 보여주는 첫단계로 향후 SCP를 더 높이기 위해 흡착제의 열과 물질 전달을 개선하는 데 초점을 둘 것이다”고 밝혔다.

액침냉각과 폐열 활용으로 DC 냉각기술 초고효율화

DC 전력소모량 증가와 환경규제 강화 속에서 삼화에이스 연구팀은 “액침냉각 이용한 DC 열관리 초고효율화 기술개발 및 실증” 연구를 통해 액침냉각 시스템과 폐열활용기술을 제안했다.

연구는 세가지 핵심목표로 구성됐다. △CFD와 장비 테스트 활용한 고효율 액침냉각 장비 개발 △폐열 활용한 흡착식 냉동기 개발 △실제 DC에 액침냉각시스템을 적용한 실증실험이다. 연구팀은 이러한 기술을 통해 DC 냉각 효율성 높이며 에너지소비를 줄이고자 했다.

연구팀은 “이번 연구는 기존 공랭식 냉각 방식을 대체할 고집적 IT칩 대응 기술로 주목받고 있으며 향후 실증실험을 통해 상용화 가능성을 추가로 검증할 계획이다”고 밝혔다.

DC 액침냉각용 비전도성 냉각유체, 열전달 효율 분석

전북대학교 연구팀은 “DC서버 액침냉각용 비전도성 냉각유체 열전달특성 연구”를 통해 NOVEC 7500과 FC-72 두 가지 유체의 열전달 효율을 비교했다.

연구결과 FC-72는 낮은 끓는점을 통해 열전달 효율이 NOVEC 7500보다 높은 것으로 나타났다. FC-72는 증발과정에서 생성된 기포가 효율적으로 열 제거해서 열전달 계수를 높였다.

연구팀은 “액침냉각에서 유체선택은 시스템 성능최적화 핵심”이라며 “이번 연구가 냉각솔루션 열성능 대한 인사이트를 제공하여 DC냉각전략에서 효율성과 잠재적 에너지절약을 이루는데 기여할 것”이라고 밝혔다.

흡착식 히트펌프, DC 폐열을 냉방에 활용

한국기계연구원 히트펌프연구센터는 “액침냉각 미활용열 활용 흡착식 히트펌프 요소기술 개발” 연구를 통해 DC 폐열을 활용한 냉방기술을 개발했다.

연구팀은 DC 액침냉각에서 발생하는 약 53℃ 폐열을 활용하는 흡착식 히트펌프 설계했다. 주요기술로는 MOF(Metal Organic Framework)흡착제와 모세관보조증발기가 있다. MOF흡착제는 높은 표면적과 수분안정성을 제공하며 친환경적이며 물질확산 성능이 우수한 특징을 가진다. 반응기 표면에 흡착제를 코팅하여 열 및 물질 전달효율을 극대화했다. 모세관보조증발기는 핀 간격을 2mm로 설계해 얇은 액막 형성을 유도하여 열전달 성능을 높였다. 별도 펌프 없이도 증발기 내부액을 높이 유지하며 에너지소비를 줄이는 데 기여한다.

시스템성능을 분석한 결과 흡착식 히트펌프 COP(성능계수)는 0.66, SCP(특정 냉각 출력)는 256W/kg로 평가되었다. 이는 기존 냉각 방식과 비교했을 때 냉방효율성이 경쟁력있음을 나타낸 것이다.

연구팀은 이번 연구를 바탕으로 흡착제와 반응기 설계를 개선하며 대규모 DC에 적용가능한 시스템 확장성을 검토할 계획이다. DC 에너지절감과 환경친화적운영을 위한 실질적 대안이 될 것이다.