파티션 시스템 적용을 통한 기존 데이터센터 서버실의 냉방 에너지 절감 성능평가 Evaluation of Cooling Energy Saving through Applying Aisle Partition System on a Data Center Server Room원문보기
본 연구에서는 기존 데이터센터 서버실에서 공기분배시스템으로 파티션 시스템의 적용성을 평가하기 위해 기존 시스템 그리고 파티션의 설치 높이와 위치를 변수로 하는 파티션 시스템과 컨테인먼트 시스템에 대해 총 21가지 경우의 컴퓨터시뮬레이션을 실시하고 다음과 같은 결론을 얻었다. 공기온도 및 기류 분포 해석결과를 이용하여 평가해 본 공기분배시스템별 냉방 에너지 절감 성능은 컨테인먼트 시스템, 파티션 시스템, 기존 시스템 순서로 우수한 것을 확인할 수 있었다. 기존 시스템과 파티션 설치높이 0.1~0.7m까지의 파티션 시스템은 재순환 공기에 의해 냉복도에서 1.0~1.2m 높이를 기점으로 공기 온도가 급격히 상승하면서 중간 높이의 서버와 상부 서버의 인입구 온도차는 $11{\sim}15^{\circ}C$로 큰 차이를 보여, 재순환 공기가 상부 서버의 과열의 원인을 제공하는 것으로 나타났다. 파티션 시스템에서 냉복도 상부에 파티션을 설치할 경우에 파티션의 적정 높이는 서버 랙 상부에서 천장까지 높이의 90%(0.9m)이상, 열복도 상부에 파티션을 설치하는 경우는 파티션 높이가 80%(0.8m)이상은 되어야 재순환 공기를 충분히 차단하여 서버 인입구 공기온도가 RCI 권장온도 범위를 만족하는 냉방 에너지 절감효과를 볼 수 있는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 기존 데이터센터 서버실에서 공기분배시스템으로 파티션 시스템의 적용성을 평가하기 위해 기존 시스템 그리고 파티션의 설치 높이와 위치를 변수로 하는 파티션 시스템과 컨테인먼트 시스템에 대해 총 21가지 경우의 컴퓨터시뮬레이션을 실시하고 다음과 같은 결론을 얻었다. 공기온도 및 기류 분포 해석결과를 이용하여 평가해 본 공기분배시스템별 냉방 에너지 절감 성능은 컨테인먼트 시스템, 파티션 시스템, 기존 시스템 순서로 우수한 것을 확인할 수 있었다. 기존 시스템과 파티션 설치높이 0.1~0.7m까지의 파티션 시스템은 재순환 공기에 의해 냉복도에서 1.0~1.2m 높이를 기점으로 공기 온도가 급격히 상승하면서 중간 높이의 서버와 상부 서버의 인입구 온도차는 $11{\sim}15^{\circ}C$로 큰 차이를 보여, 재순환 공기가 상부 서버의 과열의 원인을 제공하는 것으로 나타났다. 파티션 시스템에서 냉복도 상부에 파티션을 설치할 경우에 파티션의 적정 높이는 서버 랙 상부에서 천장까지 높이의 90%(0.9m)이상, 열복도 상부에 파티션을 설치하는 경우는 파티션 높이가 80%(0.8m)이상은 되어야 재순환 공기를 충분히 차단하여 서버 인입구 공기온도가 RCI 권장온도 범위를 만족하는 냉방 에너지 절감효과를 볼 수 있는 것으로 나타났다.
In this study, a computer simulation of the three types of air distribution systems, open type system, aisle partition system and aisle containment system, to evaluate the applicability of the aisle partition system on a data center server room. The variables of the simulation were the height and lo...
In this study, a computer simulation of the three types of air distribution systems, open type system, aisle partition system and aisle containment system, to evaluate the applicability of the aisle partition system on a data center server room. The variables of the simulation were the height and location of the partition fixed on the top server rack. The energy efficiency of the air distribution systems were confirmed to be excellent in the order of the aisle containment system, aisle partition system, and open type system. In the cold aisle partition system, the height of the partition that can be effective in saving cooling energy by obstructing sufficient air recirculation was found to be more than 0.9m. In the hot aisle partition system, the height of the partition was found to be more than 0.8m.
In this study, a computer simulation of the three types of air distribution systems, open type system, aisle partition system and aisle containment system, to evaluate the applicability of the aisle partition system on a data center server room. The variables of the simulation were the height and location of the partition fixed on the top server rack. The energy efficiency of the air distribution systems were confirmed to be excellent in the order of the aisle containment system, aisle partition system, and open type system. In the cold aisle partition system, the height of the partition that can be effective in saving cooling energy by obstructing sufficient air recirculation was found to be more than 0.9m. In the hot aisle partition system, the height of the partition was found to be more than 0.8m.
따라서 본 연구에서는 기존 데이터센터의 냉방에너지절감을 위한 방안으로 제안하고자 하는 파티션 시스템의 적용 목적이 냉복도와 열복도의 공기의 섞임을 방지하기 위한 것이므로 컴퓨터시뮬레이션을 이용하여 파티션의설치 높이와 위치에 따른 공기의 섞임 정도를 분석하고 기존 시스템 및 컨테인먼트 시스템과 비교하여 파티션시스템의 적용성을 검토하고자 한다.
제안 방법
데이터센터 서버실의 온도 및 기류분포 결과를 이용하여 시스템별 에너지 절감 성능을 확인하며, 서버 인입구의 평균 공기온도 결과 값을 이용하여 파티션 시스템에서 파티션의 적정한 설치 높이와 위치를 평가한다. 또한 RCI(Rack Cooling Index) 값을 구하여 시스템별 공조효율을 평가한다.
따라서 컴퓨터시뮬레이션을 통해 구해지는 서버실의 공기온도 및 기류 분포와 서버 인입구의 평균 공기온도 그리고 공조효율을 평가하는 성능지표인 RCIHI 값들은 상대비교를 통해 데이터센터 서버실의 공기분배시스템 별 냉방 에너지 절감 성능을 평가하게 된다.
데이터센터 서버실의 온도 및 기류분포 결과를 이용하여 시스템별 에너지 절감 성능을 확인하며, 서버 인입구의 평균 공기온도 결과 값을 이용하여 파티션 시스템에서 파티션의 적정한 설치 높이와 위치를 평가한다. 또한 RCI(Rack Cooling Index) 값을 구하여 시스템별 공조효율을 평가한다.
본 연구에서는 CFD를 이용하여 데이터센터 서버실의 공기분배시스템 중 Fig. 1에 표현된 기존 시스템 그리고 파티션 설치 높이와 위치를 변수로 하는 파티션 시스템과 컨테인먼트 시스템에 대해 컴퓨터시뮬레이션을 실시한다.
대상 데이터
컴퓨터시뮬레이션은 Table 1에서와 같이 기존 시스템 그리고 파티션 설치 높이와 위치를 변수로 하는 파티션시스템과 컨테인먼트 시스템을 대상으로 총 21가지 경우에 대해 실시하였다.
이론/모형
해석에는 범용 프로그램인 Fluent와 RNG k-ε 난류모델을 사용하였다. 해석을 위한 경계조건은 모든 경우에 대해 INLET의 급기온도는 15°C로 급기풍속은 1.
성능/효과
1) 공기온도 및 기류 분포 해석결과를 이용하여 공기분배시스템 별 냉방 에너지 절감 성능을 평가해 본 결과 컨테인먼트 시스템, 파티션 시스템, 기존 시스템 순서로 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
2) 기존 시스템과 파티션 설치높이 0.1~0.7m까지의파티션 시스템은 재순환 공기에 의해 냉복도에서 1.0~1.2m 높이를 기점으로 공기온도가 급격히 상승하면서 중간 높이의 서버와 상부 서버의 인입구 온도차가 11~15°C로 큰 차이를 보여, 재순환 공기가 상부 서버의 과열의 원인을 제공하는 것으로 나타났다.
3) 파티션 시스템에서 냉복도 상부에 파티션을 설치할 경우에 파티션의 적정 높이는 서버 랙 상부에서 천장까지 높이의 90%(0.9m)이상, 열복도 상부에 파티션을 설치하는 경우는 파티션 높이가 80%(0.8m)이상은 되어야 재순환 공기를 충분히 차단하여 상부 서버의 인입구 공기온도가 RCI 권장온도 범위를 만족하는 냉방 에너지 절감효과를 볼 수 있는 것으로 나타났다.
후속연구
1m) 정도 낮게 할 수 있어 현장 설치와 관리 그리고 에너지 절감 면에서도 유리하다는 것을 알 수 있었다. 향후에는 서버실과 IT장비 등의 모듈화를 실시하고, 다양한 변수들에 대한 컴퓨터시뮬레이션과 현장실험을 실시하여 실무에서 응용이 가능한 실무용 데이터 작성을 위한 연구가 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
데이터센터의 냉방에너지 소모량은?
최근 인터넷 및 모바일 데이터 사용량의 증가로 데이터센터의 수요가 증가하는 추세이다. 데이터센터는 서버의 발열에 의한 냉방에너지 소모량이 일반 업무용 건물대비 약 12~15배로 이러한 수요 증가는 공조용 에너지의 급격한 증가를 초래하고 있다. 이에 따라 신축 데이터센터는 랙 서버, 열원장비 등을 구성함에 있어 에너지 절감을 위한 기술을 적용하고 있다[1,2]
컨테인먼트시스템의 단점은?
데이터센터의 냉방에너지 절감 및 냉각시스템의 고효율 화를 위해서는 일반적으로 서버실 내부를 냉복도(cold aisle)와 열복도(hot aisle)로 구분하는 컨테인먼트시스템(aisle containment system)이 많이 적용된다. 컨테인먼트 시스템은 완전 밀폐방식으로 이를 기존 데이터센터에 적용하기 위해서는 기존에 운영 중인 IT서버를 재배치해야 하고, 소방문제로 별도 소화 가스 설치 및 자동 개폐장치를 설치해야 하는 문제점이 있으며, 높은 비용으로 적용의 한계가 있다.
데이터센터의 냉방에너지 절감 및 냉각시스템의 고효율 화를 위해서 적용되는 시스템은?
데이터센터의 냉방에너지 절감 및 냉각시스템의 고효율 화를 위해서는 일반적으로 서버실 내부를 냉복도(cold aisle)와 열복도(hot aisle)로 구분하는 컨테인먼트시스템(aisle containment system)이 많이 적용된다. 컨테인먼트 시스템은 완전 밀폐방식으로 이를 기존 데이터센터에 적용하기 위해서는 기존에 운영 중인 IT서버를 재배치해야 하고, 소방문제로 별도 소화 가스 설치 및 자동 개폐장치를 설치해야 하는 문제점이 있으며, 높은 비용으로 적용의 한계가 있다.
참고문헌 (10)
ASHRAE, High density data centers case studies and best pratices, Datacom series vol. 7, 2012.
ASHRAE, Design considerations for datacom equipment centers second edition, Datacom series vol. 3, 2009.
J. K. Cho, C. S. Jung, B. S. Kim, "Evaluation of Aisle Partition System's Thermal Performance in Large Data Centers for Superior Cooling Efficiency", Korea Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, vol. 22, no. 4, 2010.
D. S. Yoon, "The energy efficiency improvement of the Internet Data Center", Magazine of the SAREK, vol. 42, no. 2, 2013.
S. W. Ham, J. W. Jeong, "Modeling Strategies and Thermal Management Performance of a Data Center with Cold-aisle Containment using CFD", Journal of the Architectural Institute of Korea, vol. 31, no. 1, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.5659/jaik_pd.2015.31.1.159
J. K. Cho, S. H. Shin, "Power and heat load of IT equipment projections for new data center's HVAC system design", Korea Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, vol. 24, no. 3, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.6110/KJACR.2012.24.3.212
Y. H. Jung, H. J. Chang, J. H. Seo, "Server Room Temperature Condition in Data Center with Cold Aisle Containment System", Korea Journal of Air- Conditioning and Refrigeration Engineering, vol. 25, no. 2, 2013.
H. J. Chang, Y. H. Jung, J. H. Seo, "The relaxation plan of cooling discharge temperature condition in data center server room", Proceedings of the Korean Solar Energy Society, vol. 32, no. 2, 2012.
ASHRAE, Thermal Guidelines for Data Processing Environments Second Edition, Datacom Series, 2009.
Magunus K. Herrlin, "Rack Cooling effectiveness in data centers and telecom central offices", Transaction (ASHRAE), vol. 3, Part 2, 2005.
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