벨리모(BELIMO)는 1975년 스위스 힌빌(Hinwil)에서 설립된 글로벌 HVAC(냉난방공조) 제어기기 전문기업이다. △댐퍼구동기 △제어밸브 △센서류 등 약 1,000만개 이상의 제품을 출하하며 HVAC 필드기기시장을 선도하고 있다. 매년 매출액의 약 7% 이상을 연구개발(R&D)에 지속 투자하며 전 세계 80여개국에 지점과 2,400명 이상의 직원을 두고 있다.

 

벨리모는 ‘CESIM’을 핵심가치로 △쾌적함(Comfort) △에너지절감(Energy) △안전(Safety) △손쉬운 설치 (Installation) △유지보수 경감(Maintenance)등을 내세우고 있다.

 

AI 데이터센터 확대로 높아지는 랙 밀도에 대응하기 위해 액체냉각솔루션 도입논의가 확대되고 있어 벨리모는 데이터센터 액체냉각용 ‘Energy Valve(에너지밸브)’로 변화에 대응하고 있다.

 

송성범 벨리모서울 부사장을 만나 에너지밸브의 필요성과 특장점, 차압·유량 제어를 통한 냉각안정성 및 에너지절감 방안 등을 들었다.

 

■ 데이터센터 TCS에서 일반 제어밸브와 비교해 EPIV·Energy Valve 적용 차이점은
일반 제어밸브를 사용할 경우 배관 내 압력변화의 영향을 직접 받는다. 이에 따라 밸브 개도가 일정하더라도 유량이 쉽게 변동하는 문제점이 있으며 부하변동 시 타 계통에 과유량을 유발한다. 이 같은 차압변동에 따른 오작동과 과유량을 방지할필요가 있다.

 

이에 EPIV(전자식 압력독립형 제어밸브)와 에너지밸브는 내장된 유량센서와 전자식 제어알고리즘을 통해 배관 내 차압변화에 관계없이 설정유량을 정밀하게 유지해 과유량을 방지하고 수압 밸런싱을 자동으로 보장한다.

 

이중 에너지밸브는 ‘Delta-T manager’기능을 통해 유량제어뿐만 아니라 에너지사용량 분석으로 에너지절감 기능을 수행해 ‘Low Delta-T’현상에 따른 펌프에너지 낭비를 방지해 최적제어를 수행한다. 또한 차압센서와 연동해 전자식 차압유량제어밸브 역할 및 랙마다 각 서버로 공급되는 유량을 일정하게 제어해 서버의 안정성 및 효율적인 냉각을 지원한다.

 

 

■ 에너지밸브의 주요기능과 특장점은
에너지밸브는 △제어밸브 △초음파 유량센서 △온도센서가 하나로 통합된 올인원(All-in-One) 제품으로 차압·유량제어 독자 알고리즘을 적용했다.

 

차압센서와 연동해 랙 전후단의 차압을 실시간으로 감지하고 외부 컨트롤러 없이 밸브 자체에서 개도를 계산해 차압과 유량을 정밀하게 제어한다.

 

또한 무누설밸브(Air-tight) 적용 및 전위차가 크지 않은 밸브재질 적용으로 AI데이터센터 액체냉각 배관환경에 맞춰 부식방지 및 안정성을 확보한다. 이와 함께 Fail-Safe기능으로 전원차단이나 비상상황 시 밸브가 설정위치로 자동이동해 설정 냉각유량을 확보함으로써 GPU 과열을 방지한다.

 

기계식 복합밸브대비 낮은 차압조건에서도 정밀제어가 가능해 CDU펌프 동력소모를 크게 낮췄으며 △PoE(Power over Ethernet) 지원 △스마트폰 NFC 진단 △내장 웹서버를 통한 무선설정 및 실시간 트렌드 로깅기능 등 선도적인 디지털기능을 통합제공한다.

 

NVIDIA Liquid Cooling Reference Design 가이드라인에서는 AI 데이터센터의 과전단·과부하상태 및 가변부하조건에서 각 랙의 냉각안정성을 확보하기 위해차압감지제어 및 에너지밸브 적용을 명시하고 있다.

 

액체냉각 설계기준에 대응해 에너지밸브는 NVIDIA Blackwell 아키텍쳐가 적용된 다수의 해외 데이터센터 현장에 적용되고 있다. 대표적으로 대만 NVIDIA 데이터센터가 있으며 국내에서는 아직 도입 단계로 몇 개 프로젝트에서 POC 형태의 적용이 진행되고 있다.

 

■ 랙의 서버가 추가·제거될 때 정유량제어보다 랙 전후단 차압제어가 유리한 조건은
Direct-to-Chip(Cold Plate) 환경에서는 랙 전후단 차압을 정밀하게 제어하는 방식이 유리하다. 랙 전후단 차압제어가 정밀하게 이뤄지면 내부 관로의 물리적 침식(Erosion)과 고압에 의한 누수위험을 차단하고 미세진동으로 인한 고정핀 파괴 등 구조적 손상을 예방해 핵심 AI서버칩의 안정적 운용과 수명연장에 기여할 수 있기 때문이다.

 

차압센서와 연동된 에너지밸브는 랙 전후단의 차압을 실시간으로 감지해 설정차압을 일정하게 유지(Delta-P Control)한다. 서버가 추가·제거될 때는 밸브가 감지된 차압변화에 맞춰 스스로 개도를 조절해 남아있는 서버 Cold Plate에는 최적 유량 만이 안전하게 공급된다.

 

반면 서버 랙 내부의 서버가 유지보수·확장을 위해 핫스왑방식으로 추가·제거될 때 정유량 제어방식을 사용할 경우 문제가 발생할 수 있다. 차단된 서버 쪽으로 가야 할 남은 냉각수가 우회하지 못하고 다른 작동 중인 서버 Cold Plate로 몰려 과유량이 발생하기 때문이다.

Cold Plate에 과유량이 흐르면 유속상승으로 내부의 물리적 침식(Erosion) 및 고압에 의한 누수위험이 커질 수 있다. 또한 유속상승에 따른 미세진동으로 내부 관로 고정핀 파괴 등 구조적 손상이 발생할 수 있다.

 

■ 밸브의 압력손실과 최소 차압이 CDU 펌프동력에 미치는 영향은
기계식 복합(압력독립형)밸브는 내부 스프링 및 다단계 기계식 압력조절 메커니즘 작동을 위해 높은 최소차압이 필요하다. 차압조절을 위해서는 BMS·DCIM과의 연계로 별도 데이터를 제공하는 추가적인 유량계, 차압센서가 설치돼야 한다. 에너지밸브는 유량계, 차압센서 감지 후 밸브 자체의 마이크로세서 기반의 전자식 차압유량제어 알고리즘을 사용해 훨씬 낮은 최소작동 차압조건에서도 압력 독립성을 유지한다.

 

펌프의 소모전력은 유량과 양정에 영향을 받기 때문에 에너지밸브의 압력손실이 적고 최소요구차압이 낮을수록 에너지절감에 유리하다. 최소요구차압이 낮으면 CDU펌프가 부담해야 하는 양정이 크게 줄어들어 펌프 RPM을 최적화하고 전력소
비를 절감할 수 있다.

 

■ 센서 드리프트·유량계 오염에 따른 제어정확도 저하에 대한 교체기준은
유량센서 및 에너지미터는 MID 인증 등 국제인증을 받은 제품을 적용한다. 밸브구동기 내 마이크로프로세서와 알고리즘이 유량센서 신호 및 차압감지반응을 실시간 측정해 설계측값 이상 발생 시 모니터링시스템이나 내장 웹서버·NFC앱을 통해 정비알림을 제공한다. 또한 초음파 유량측정방식을 적용해 구동부 부품 마모로 인한 오차발생을 차단하고 유체에 의한 센서성능 저하를 방지한다.

 

주기적인 NFC 검증 또는 내장 웹서버를 통한 Trend Log 분석에서 센서반응 지연, 제어 데드밴드(Dead band) 초과, 정기보수 주기 동안 교정 허용오차 한계이탈 등이 확인될 경우 유량센서모듈 또는 밸브 어셈블리를 교체하거나 재교정한다.

 

■ 에너지밸브가 측정하는 데이터와 BMS·DCIM·CDU 제어 연계 방안은
에너지밸브는 다양한 통신 프로토콜을 지원한다. BACnet IP·MSTP, Modbus TCP·RTU 등 표준 빌딩 통신 프로토콜과 아날로그신호를 지원해 외부 추가 컨트롤러 없이 BMS·DCIM ·CDU 상위 제어기와 실시간으로 직접 연동된다.

 

추가적으로 이더넷 케이블 하나로 전원공급과 데이터통신을 동시에 해결하는 PoE(Power over Ethernet)기능이 포함돼 있어 배선구조를 단순화하고 신뢰성을 향상시킨다.

 

차압센서를 통해 감지된 차압데이터로 밸브 자체에서 자율 차압유량제어를 수행하는 동시에 BMS·CDU로 데이터를 전송해 이상차압 발생 시 경보를 발생시킨다. 실시간 측정된 유량과 공급·환수온도, 부하에 따른 열량데이터를 상위시스템 및 CDU펌프 인버터 속도제어와 연동해 전체 냉각시스템 에너지를 최적화한다.

 

■ 국내 AI 데이터센터 적용 시 기술지원 범위는
설계단계에서는 액체냉각(Liquid Cooling) 배관특성 및 부하조건에 맞춘 정확한 밸브사이징과 통신방식에 따른 밸브구동기 선정을 제공하고 제어시퀀스는 NVIDIA 가이드라인에 명시된 Constant dP Mode 제어모드를 구현할 수 있도록 D2C, Immersion Cooling, Rear-Door 등 냉각방식별 최적제어모드 △차압감지제어 △유량제어 △Delta-T 제어 등 세팅시퀀스와 통신용 맵핑테이블 가이드를 제공한다.

 

시운전 및 기술지원(Commissioning)부문에서는 내장 웹서버 및 NFC기능을 활용한 파라미터 설정, 설계차압(Set Point) 도달시험을 비롯해 서버 핫스왑 시 랙 전후단 차압유지검증 시운전을 현장에서 지원한다. BMS와는 BACnet·Modbus 및 PoE네트워크기반 통신연결과 BMS·DCIM·CDU와의 데이터 연동(System Integration) 커미셔닝을 위한 기술을 지원한다.

 

또한 벨리모 기술지원팀은 운영자가 차압데이터기반의 최적운영을 유지할 수 있도록 운영자 교육과 운영매뉴얼을 제공하며 5년의 무상보증기간을 보장하고 있다.

 

■ 올해 사업목표 및 중장기 사업계획은
올해는 NVIDIA Reference Design에 명시된 차압감지기반 에너지밸브 표준을바탕으로 국내·외 AI 데이터센터 액체냉각시장을 적극 공략할 계획이다. 차압유량조절제어기능이 적용된 에너지밸브 및 SUS재질 액체냉각 전용 차단밸브 신제품 라인업을 확대 공급하며 국내·외 CDU제조사 및 AI 데이터센터 설계사와의 파트너십 강화를 통한 데이터기반 냉각제어솔루션을 국내 프로젝트에 본격적으로 적용하는 원년이 되도록 노력할 예정이다.

 

현재 전세계 AI 데이터센터 건설 붐으로 각 프로젝트에서 요구하는 납기를 맞추기가 벅찰 정도로 많은 발주를 받고 있다. 글로벌에서 검증된 기술과 제품을 가지고 국내에서 AI 데이터센터의 수랭식솔루션을 글로벌 협력업체들과 함께 시장에 안착할 수 있도록 노력해 HVAC산업을 선도하는 파트너로 자리매김하겠다.