[데이터센터] ⑩ CFD가 중요한 이유!

안녕하십니까? MARV입니다.

이번에는 CFD에 대해 설명하도록 하겠습니다.

데이터센터의 효율적인 운영을 위해서는 CFD로 시뮬레이션하는 것이 필수적이다.

 

1. CFD의 개요

 CFD는 Computational Fluid Dynamics의 줄임말로, 컴퓨터를 활용하여 유체역학 문제를 수치적으로 푸는 것으로 건축, 토목, 플랜트 등 유체가 사용되는 모든 부분에 적용할 수 있습니다. CFD 모델 구축 시간, 해석 시간, 결과 신뢰도를 향상할 수 있도록 해당 지점 유체의 온도, 압력, 속도 등을 계산하여 설계기준 달성 여부 및 장비 고장 원인 분석, 해결방안을 검토합니다.

 

 

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2. 데이터센터에서 CFD의 필요성

1) 냉방 성능 신뢰도 확보 필요

 IT 장비 운영 안전성은 냉방 성능과 직결되어 있고 일반 건물과 달리 적용 가능한 공조 방식이 다양하여 해당 프로젝트에 최적화된 해석과 발주자 설득을 위한 정량적 검토 자료가 필요합니다. 이에 따라 CFD를 활용한 냉방성능 신뢰도를 보여줄 수 있다면 발주처의 의사결정에 도움이 될 것입니다.

 

2) IT 장비의 변화 트렌드 대응 필요

 급속도로 발전하는 신규 IT장비 부하 특성에 대응하기 위한 신규 냉방 솔루션 검토가 필요합니다. 

 

 

3. CFD 활용 분야

1) 초기 단계

 CFD가 활용 가능한 분야는 PUE, IT장비 시뮬레이션, 냉방 장비 시뮬레이션, 구축비, 설계비, 컨설팅 등이 있습니다. 국내 데이터센터 에너지 소비 중 50%는 IT장비, 40%는 냉방이 차지하기 때문에 냉방 솔루션 프로토타입별 시뮬레이션이 도움이 될 것입니다. 그리고 데이터센터 운영 중 발생 문제의 약 50~60%가 열과 관련된 문제가 많습니다. Hot Spot 발생에 따른 서버 안정성이 침해되는 것이지요. 이는 IT 장비 용량 변경/증설 시 위험 예측, 냉방 장비 고장 시 운영위험 요소 시뮬레이션을 통해 사전 검토가 가능합니다.

 

2) 수행 단계

 (1) 개념 설계

 전체 설계 컨셉 최적화 및 불 균일/ 부분 부하를 검토해야 합니다.(IT장비 스펙 및 설치 시기 검토) 그리고 현실적인 조건에 대한 시나리오를 결정해야 합니다. 여기서 CFD 검토 영역은 냉방 시스템 전략 테스트, 열복도/냉복도 검토, 부분 부하 테스트, 냉방 분배 최적화 테스트(장비 레이아웃 및 개수), N+1/2N 검토, 이중 바닥 높이, 층고, 환기 덕트, 기둥 최적화, 에너지 효율 최적화 등이 있습니다.

 

 (2) 실시 설계

 모델의 세부사항을 검토합니다. CRAC/CRAH 세부 검토(팬 타입, 공기 흐름 패턴), 제어 시스템 상세 검토(센서 위치, 변유량 특성), 실제 장비 특성 영향 검토, 재순환 검토, 컨테인먼트 시스템 누기, 제어 방안 검토, 케이블 효과 검토(경로, 밀도, 누기율) 등이 있습니다.

 

 (3) 설계 검토

 개념설계, 실시설계에 대한 변경사항을 검토합니다. CRAC/CRAH의 제어 응답성, 기류 온도, 풍량 적정성 검토와 IT 장비와 제공 어플리케이션에 따른 전력 분배 적정성을 검토합니다.

 

 (4) 유지 관리

 냉방 설계 용량과 실제 용량의 괴리 보정을 하고 DCIM+CFD활용하여 발생 예상 문제점 및 에너지 절감 방안을 도출합니다. CFD 검토 영역은 DCIM 모니터링 값 활용 보정, CRAC/CRAH 및 취출구 기류 온도, 풍량, 랙 출입구 온도 등이 있습니다.

3) 예시

•  냉복도/열복도를 비교하여 목표 성능에 부합여부와 예상 에너지 소비량을 검토합니다.
• 고장 상황 분석으로 냉방 장비 고장 시 대응 시나리오를 검토합니다. 
• 용량 계획, 유속 제어 검토로 최적 용량, 방비 배치 적정성 검토 등이 있습니다.