[데이터센터] ⑥ PUE 효율화 방안(축열, UPS 등)

안녕하세요. MARV입니다.

이번에는 PUE 효율화 방안 중 외기 냉방, 공조 외에 다른 방안을 설명하도록 하겠습니다.

 

1. PUE 개선 방안

1) 축열 시스템

(1) 개요

 축열 시스템은 심야시간에 냉수열을 얼음이나, 물에 축열 후 주간 운전시간에 축열 된 열을 방열하여 냉방 시스템을 운영하는 방식입니다.

 

(2) 장점

 이를 통해서 주간의 전력 피크부하를 줄일 수 있습니다. 주간이 아닌 심야에 냉동기를 가동하여 축열 된 열을 사용함으로써 주간 피크부하를 최소화할 수 있습니다. 또한, 운전비용이 절감됩니다. 심야전력 단가가 낮기 때문에 사용자 입장에서 전기세 절감이 가능합니다. 

 

(2) 단점

 하지만, 심야시간에도 서버 발열에 대한 풀 부하가 발생되는 데이터센터 특성상 축열 시스템을 메인 열원으로 적용하기에는 LCC측면에서 적정하지 않습니다. 적절한 검토가 동반되어야 안전성 및 경제성이 향상될 수 있습니다.

 결론적으로는 24시간 가동되는 데이터센터 특성 상 전체 부하를 축열을 통해 담당하기는 경제성이 없어 비상시 복구 시점까지의 대응을 위한 열원으로 사용하고 있습니다.

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2) 산곡풍

(1) 개요

 산비탈은 낮 동안 빠르게 가열되고 빠르고 심하게 냉각되는 특징을 가집니다. 이를 활용하여 외기 냉방 및 외기 냉수냉방 적용 시간이 증대되어 냉방 에너지 절감이 가능합니다. 

 

(2) 고려사항

 산곡풍 주 풍향을 고려한 건물 배치로 급기/배기 통로를 결정해야 합니다. CFD시뮬레이션 검토가 필요합니다. 그리고 급기/배기 통로 주변 캐노피 등 설치로 우천 시 빗물 유입이 방지되어야 합니다.

 외기 냉방 적용시, 외부 공기가 직접 유입이 되기 때문에 급격한 온도차에 의한 결로 발생이 가능합니다. 그리고 외기를 직접 받기 때문에 먼지/중금속 필터가 필요합니다. 이 필터에 대해서는 교체 주기에 따른 비용 검토 또한 진행이 되어야 할 것입니다. 그리고 습도 또한 검토해야 합니다. 동절기 외기 이용할 때 상대습도 제어가 필요합니다. 

 

(3) 검토

 산곡풍을 이용한 에너지 효율화를 위해서는 3차원 지형 정보 및 건물의 배치를 동시에 분석하는 접근이 필요합니다.

 

 

3) 열미로 시스템

 열미로 시스템은 데이터센터에서 외기 냉방 시간을 추가 확보하는 기술입니다. 열미로를 통해서 예열 또는 예냉을 통해 에너지 절감을 하는 것입니다. 콘크리트 벽체를 통해 지그재그 형식으로 콘크리트 벽체를 세우고 그 사이로 외부의 공기가 주입되어 에너지 절감의 역할을 수행하게 되는 것입니다. 벽체가 지그재그로 형성되어 있기 때문에 나름의 일정한 온도 유지에 장점이 있기 때문에 에너지를 활용하는데 도움이 됩니다.

 다만, 열미로를 구현하기 위하여 철근콘크리트 공사를 추가로 해야 합니다. 그에 따른 비용과 LCC 생애주기로 보았을 때 에너지 절감 차원에서 얼마나 기여하는지는 사전 검토해야 합니다.

 

 

4) UPS

(1) 개요

 UPS(Uninterruptible Power Supply system)는 무정전 전원장치로 정전시, 정전으로 인한 가동이 중단되는 것을 방지하기 위해 전력을 일정 시간 계속 공급해 줄 수 있는 장치입니다. 데이터센터는 평균적으로 매년 9번의 IT 장애가 발생하며 장애의 약 28%는 전원 문제로 봅니다. 일반적인 데이터센터  약 1시간 정도 전원 공급이 중단될 경우 약 15억 원의 피해가 있다는 조사 결과도 있습니다. 그렇기 때문에 UPS는 데이터센터의 안정성에 매우 중요한 역할을 한다고 보시면 됩니다.

 

(2) 고려사항

 통상적으로 납 축전지가 사용되고 있으나, 부피가 크고 무겁다는 단점이 있습니다. 그러나 LIB(리튬 이온 배터리)적용 UPS는 에너지 집적도가 높아 UPS 설치에 필요한 공간을 기존 대비 1/3까지 줄일 수 있습니다. 게다가 교체 주기도 납 축전지는 4~6년인 반면, LIB는 10년 이상 지속적으로 사용 가능합니다. 이에 따라 총 소유 비용(TCO) 관점에서 봤을 때 경제적입니다. UPS 부하를 커버하는 배터리의 경우 1시간, 30분, 10분, 5분 등으로 데이터센터의 특성에 맞추어 사업 비용을 절감할 수 있습니다.

 

(3) 검토

전력 소비효율을 높이고 데이터센터의 전산 시설 용량증가를 고려하여 UPS가 선정되어야 합니다. 추후 증설 또는 서버 랙 용량 변경에 따라 용량을 확장할 수 있는 모듈형 UPS구조로 적용하는 것이 좋습니다. 

5) 조명기구

 조명기구는 에너지 절감이 가능한 조명을 적용합니다. 고효율 광원을 위한 LED 램프 사용이 좋고, 조명 방식은 국부 병용 조명방식을 채택하는 것이 유리합니다. 

 건축 마감재의 경우는 가능한 밝은 색으로 사용하여 조명효과를 극대화하는 것이 좋습니다. 

 자연채광을 사용하는 것이 가장 좋지만, 여의치 않을 경우 자동 조명 제어 장치를 채택하여 효율적인 에너지 사용을 하는 것이 좋습니다.