[학위논문]IT서버장비의 시뮬레이션 발열량 분석을 통한 공조 효율성 연구 A Study on the Proposing an Efficiency Action Plan based on Analyzing Current status of Safety Management in Construction Site원문보기
요 약 제 목 : IT서버장비의 시뮬레이션발열량 분석을 통한 공조 효율성 연구 본 연구의 목적은 데이터 센터 발열량의 대부분을 차지하는 것은 IT서버이며 데이터 센터의 구성요소 중 가장 중요한 요소이다. 이러한 장비가 안전하고 효과적으로 운영되기 위해서 정밀한 환경제어가 요구되는 것은 당연하다. 이는 장비들이 최적의 조건에서 작동할 수 있는 온, 습도 등의 실내 환경을 고려한 최적의 공조시스템의 운영이 요구된다. 본 연구에서는 데이터 센터의 ...
요 약 제 목 : IT서버장비의 시뮬레이션발열량 분석을 통한 공조 효율성 연구 본 연구의 목적은 데이터 센터 발열량의 대부분을 차지하는 것은 IT서버이며 데이터 센터의 구성요소 중 가장 중요한 요소이다. 이러한 장비가 안전하고 효과적으로 운영되기 위해서 정밀한 환경제어가 요구되는 것은 당연하다. 이는 장비들이 최적의 조건에서 작동할 수 있는 온, 습도 등의 실내 환경을 고려한 최적의 공조시스템의 운영이 요구된다. 본 연구에서는 데이터 센터의 CFD 시뮬레이션을 통하여 발열량을 분석하고 IT서버의 서비스별 종류에 따른 발열량 분석을 통한 최적의 효율성을 유지할 수 있는 방안을 제시함으로써 데이터 센터의 최적 시스템 구현이 가능하도록 하는데 목적이 있다. 1. IT서버 발열량 분석을 위한 시뮬레이션처리를 위해 기본모델로 ASHRAE에서 제시한 서버의 기준을 사용하여 진행하였다.IT서버 발열량 분석을 위해 IT서버가 배치될 기준 평면도가 필요하다. IT서버는 일정한 모듈에 의해 배치되기 때문에 IT서버 종류별로 서버룸을 가정하여 기준평면(17m×6m≒102㎡)을 가정하였다. 2. 서버 종류에 따라 4구역으로 Zoning한다. A1 구역 초고밀도 통신서버 4(EA) 설치, A2 구역 블레이드 서버 4(EA) 설치, A3 구역 초고밀도 통신서버 4(EA), 스토리지 서버 8(EA) 설치, A4 구역 블레이드 서버 4(EA), 워크스테이션 8(EA) 설치하여 CFD 시뮬레이션을 분석한다. CFD 시뮬레이션을 통한 발열량 분석결과는 A1구역 통신장비 390.8kW/㎡ A2구역 블레이드서버 210.2kW/㎡ A3구역 통신장비, 스토리지 510.3kW/㎡ A4구역 블레이드서버, 워크스테이션 270.5kW/㎡ 초고밀도 통신서버 장비가 포함되어 있는 구역과 블레이드 서버 구역에서 발열량이 높게 분포 되었다. A1과 A3구역에 공조 효율을 높여줄 필요가 있다. 3. 서버 발열량에 따라 3구역으로 서버 구성을 재계획하고 Zoning을 구성한다. A1 구역 초고밀도 통신서버 4(EA) 설치, A2구역 블레이드 서버 8(EA), 스토리지 8(EA)설치, A3구역 초고밀도 통신서버 4(EA), , 워크스테이션 8(EA) 설치하여 CFD 시뮬레이션을 통해 발열량을 분석한다.CFD 시뮬레이션을 통한 발열량 분석결과는 A1 구역 초고밀도 통신서버 4(EA) 설치구역에서 390.8kW/㎡, A2구역 블레이드 서버, 스토리지 8(EA) 설치구역에서 553.5kW/㎡ , A3구역 초고밀도 통신서버, 워크스테이션 8(EA)설치구역에서 457.5kW/㎡ 결과를 도출 했다. 분석 결과 앞서 4구역으로 Zoning을 가정 했을 경우보다. 각 구역의 온도 분포가 고르게 나왔다. IT서버의 발열량에 따른 Zoning결과 구역에 따라 공조효율을 구분하여 할 수 있으며 기존 방식에 따른 전체적인 서버실 공조를 통한 에너지 효율보다는 조금 나은 결과를 보여준다. 4. 기존 데이터 센터에 주로 사용되어지는 CRAC장치 배치는 양쪽의 벽을 따라 배치가 된다. 이에 따라 CRAC 장치가 냉기 통로와 너무 가까워 기류가 해당통로의 바닥 통풍구를 우회할 가능성이 있다. CRAC 장치를 hot aisle에 맞춰 배열했을 때 기본적으로 기류를 바닥통풍구로 보내려면 CRAC를냉기 통로에 맞춰야 할 것처럼 보이지만 CFD 시뮬레이션 분석에 따르면 hot aisle의 더운공기는 랙을 넘어 냉기 통로로 들어간 CRAC로 순환되기 때문에 더운 공기와 찬공기가 혼합하여 랙 전면에 공급되는 공기의 온도가 상승되는 것을 보여준다. 결론적으로 CRAC장치는 하층부의 cold aisle구역이 아니라 hot aisle구역으로 맞춰 배열하는 것이 공기흐름을 개선 할 것으로 예측한다. 5. 기존의 랙 공조 기술은 룸 전체의 온도를 난추기 위해 냉각을 하는 방식으로 공조기에서 나오는 냉기와 전산장비에서 나오는 열기가 혼합되어 많은 양의 에너지를 사용하게 된다.그러나 냉기와 열기를 분리하여 냉기가 랙 앞면으로 직접 전달되고 열기를 뒷면으로 강제로 순환 시키면 랙 전면부에 냉기구역을 형성하여 바이패스현상이나 냉기의 무효순환 현상이 발생하지 않아 고밀도 랙에 냉각 효율이 크게 향상 된다. 랙 하부와 상부의 냉각 효율 차를 감소 시키기 위해서 강제 공기순환구역과 블랭킹 판넬을 적절히 사용한다면 냉각 효율 차를 줄일수 있다. 공조기를 통해 나오는 냉기와 전산장비에서 발생하는 열기가 섞이는 현상을 해소하기 위해 적용한 서버랙과 덕트의 혼합공조장치 기술을 적용한 CFD발열량 분석 결과 랙에서 토출구로 직접 뜨거운 공기가 배출되므로 외부의 기류의 영향을 전혀 받지 않는다. 또한 랙 배치를 원하는 구역에 임의로 할 수 있는 장점이 있을 것으로 예측한다. 6. 혼합 공조시스템 CFD 시물레이션 분석 결과 A1 구역 초고밀도 통신서버 8(EA) 설치, A2구역 블레이드 서버, 8(EA) 설치, A3구역 스토리지8(EA), 워크스테이션 8(EA) 설치하여 CFD 시뮬레이션을 분석한 값은 A1 구역 초고밀도 통신서버 8(EA)설치구역에서 28.7kW/㎡ , A2구역 블레이드 서버, 고밀도 통신서버 8(EA) 설치구역에서 12.8kW/㎡, A3구역 스토리지8(EA), 워크스테이션 8(EA) 설치구역에서 6.3kW/㎡의 CFD측정 결과를 도출했다.강제 순환구역 설정 장치를 고밀도서버와 블레이드 서버등에 설치하면 공간에 제약을 받을 수 있는 데이터센터에서 에너지효율성 및 공간성도 확보할수 있다. 7. IT서버장비의 특성을 파악하고 장비의 특성에 맞는 설계를 통해서 에너지 낭비가 없는 최적화된 공조시스템을 설계하는 것이 전력밀도가 다양한 데이터 센터의 공조효율 개선을 위해서는 매우 중요한 작업이다. 또한 CFD 시뮬레이션 분석을 통해서 향후 기류분석과 발열량분석을 통해서 랙 단위 설계요소가 필요하다.
요 약 제 목 : IT서버장비의 시뮬레이션 발열량 분석을 통한 공조 효율성 연구 본 연구의 목적은 데이터 센터 발열량의 대부분을 차지하는 것은 IT서버이며 데이터 센터의 구성요소 중 가장 중요한 요소이다. 이러한 장비가 안전하고 효과적으로 운영되기 위해서 정밀한 환경제어가 요구되는 것은 당연하다. 이는 장비들이 최적의 조건에서 작동할 수 있는 온, 습도 등의 실내 환경을 고려한 최적의 공조시스템의 운영이 요구된다. 본 연구에서는 데이터 센터의 CFD 시뮬레이션을 통하여 발열량을 분석하고 IT서버의 서비스별 종류에 따른 발열량 분석을 통한 최적의 효율성을 유지할 수 있는 방안을 제시함으로써 데이터 센터의 최적 시스템 구현이 가능하도록 하는데 목적이 있다. 1. IT서버 발열량 분석을 위한 시뮬레이션처리를 위해 기본모델로 ASHRAE에서 제시한 서버의 기준을 사용하여 진행하였다.IT서버 발열량 분석을 위해 IT서버가 배치될 기준 평면도가 필요하다. IT서버는 일정한 모듈에 의해 배치되기 때문에 IT서버 종류별로 서버룸을 가정하여 기준평면(17m×6m≒102㎡)을 가정하였다. 2. 서버 종류에 따라 4구역으로 Zoning한다. A1 구역 초고밀도 통신서버 4(EA) 설치, A2 구역 블레이드 서버 4(EA) 설치, A3 구역 초고밀도 통신서버 4(EA), 스토리지 서버 8(EA) 설치, A4 구역 블레이드 서버 4(EA), 워크스테이션 8(EA) 설치하여 CFD 시뮬레이션을 분석한다. CFD 시뮬레이션을 통한 발열량 분석결과는 A1구역 통신장비 390.8kW/㎡ A2구역 블레이드서버 210.2kW/㎡ A3구역 통신장비, 스토리지 510.3kW/㎡ A4구역 블레이드서버, 워크스테이션 270.5kW/㎡ 초고밀도 통신서버 장비가 포함되어 있는 구역과 블레이드 서버 구역에서 발열량이 높게 분포 되었다. A1과 A3구역에 공조 효율을 높여줄 필요가 있다. 3. 서버 발열량에 따라 3구역으로 서버 구성을 재계획하고 Zoning을 구성한다. A1 구역 초고밀도 통신서버 4(EA) 설치, A2구역 블레이드 서버 8(EA), 스토리지 8(EA)설치, A3구역 초고밀도 통신서버 4(EA), , 워크스테이션 8(EA) 설치하여 CFD 시뮬레이션을 통해 발열량을 분석한다.CFD 시뮬레이션을 통한 발열량 분석결과는 A1 구역 초고밀도 통신서버 4(EA) 설치구역에서 390.8kW/㎡, A2구역 블레이드 서버, 스토리지 8(EA) 설치구역에서 553.5kW/㎡ , A3구역 초고밀도 통신서버, 워크스테이션 8(EA)설치구역에서 457.5kW/㎡ 결과를 도출 했다. 분석 결과 앞서 4구역으로 Zoning을 가정 했을 경우보다. 각 구역의 온도 분포가 고르게 나왔다. IT서버의 발열량에 따른 Zoning결과 구역에 따라 공조효율을 구분하여 할 수 있으며 기존 방식에 따른 전체적인 서버실 공조를 통한 에너지 효율보다는 조금 나은 결과를 보여준다. 4. 기존 데이터 센터에 주로 사용되어지는 CRAC장치 배치는 양쪽의 벽을 따라 배치가 된다. 이에 따라 CRAC 장치가 냉기 통로와 너무 가까워 기류가 해당통로의 바닥 통풍구를 우회할 가능성이 있다. CRAC 장치를 hot aisle에 맞춰 배열했을 때 기본적으로 기류를 바닥통풍구로 보내려면 CRAC를냉기 통로에 맞춰야 할 것처럼 보이지만 CFD 시뮬레이션 분석에 따르면 hot aisle의 더운공기는 랙을 넘어 냉기 통로로 들어간 CRAC로 순환되기 때문에 더운 공기와 찬공기가 혼합하여 랙 전면에 공급되는 공기의 온도가 상승되는 것을 보여준다. 결론적으로 CRAC장치는 하층부의 cold aisle구역이 아니라 hot aisle구역으로 맞춰 배열하는 것이 공기흐름을 개선 할 것으로 예측한다. 5. 기존의 랙 공조 기술은 룸 전체의 온도를 난추기 위해 냉각을 하는 방식으로 공조기에서 나오는 냉기와 전산장비에서 나오는 열기가 혼합되어 많은 양의 에너지를 사용하게 된다.그러나 냉기와 열기를 분리하여 냉기가 랙 앞면으로 직접 전달되고 열기를 뒷면으로 강제로 순환 시키면 랙 전면부에 냉기구역을 형성하여 바이패스현상이나 냉기의 무효순환 현상이 발생하지 않아 고밀도 랙에 냉각 효율이 크게 향상 된다. 랙 하부와 상부의 냉각 효율 차를 감소 시키기 위해서 강제 공기순환구역과 블랭킹 판넬을 적절히 사용한다면 냉각 효율 차를 줄일수 있다. 공조기를 통해 나오는 냉기와 전산장비에서 발생하는 열기가 섞이는 현상을 해소하기 위해 적용한 서버랙과 덕트의 혼합공조장치 기술을 적용한 CFD발열량 분석 결과 랙에서 토출구로 직접 뜨거운 공기가 배출되므로 외부의 기류의 영향을 전혀 받지 않는다. 또한 랙 배치를 원하는 구역에 임의로 할 수 있는 장점이 있을 것으로 예측한다. 6. 혼합 공조시스템 CFD 시물레이션 분석 결과 A1 구역 초고밀도 통신서버 8(EA) 설치, A2구역 블레이드 서버, 8(EA) 설치, A3구역 스토리지8(EA), 워크스테이션 8(EA) 설치하여 CFD 시뮬레이션을 분석한 값은 A1 구역 초고밀도 통신서버 8(EA)설치구역에서 28.7kW/㎡ , A2구역 블레이드 서버, 고밀도 통신서버 8(EA) 설치구역에서 12.8kW/㎡, A3구역 스토리지8(EA), 워크스테이션 8(EA) 설치구역에서 6.3kW/㎡의 CFD측정 결과를 도출했다.강제 순환구역 설정 장치를 고밀도서버와 블레이드 서버등에 설치하면 공간에 제약을 받을 수 있는 데이터센터에서 에너지효율성 및 공간성도 확보할수 있다. 7. IT서버장비의 특성을 파악하고 장비의 특성에 맞는 설계를 통해서 에너지 낭비가 없는 최적화된 공조시스템을 설계하는 것이 전력밀도가 다양한 데이터 센터의 공조효율 개선을 위해서는 매우 중요한 작업이다. 또한 CFD 시뮬레이션 분석을 통해서 향후 기류분석과 발열량분석을 통해서 랙 단위 설계요소가 필요하다.
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