데이터센터 냉방 설계

데이터센터 냉방이란

데이터센터 냉방은 서버가 뜨거워지지 않도록 열을 치우는 설계다.

서버는 전기 에너지를 거의 전부 열로 바꾸므로 연중 쉬지 않고 열을 제거해야 한다.

핵심 키워드는 고밀도 랙, 기류 관리, 직접 액체 냉각, 무중단 운전이다.

현열과 잠열

현열부하는 온도 변화로 나타나는 열이다. 서버 발열은 거의 모두 현열이다.

잠열부하는 습도 변화로 나타나며, 외기 도입이 적은 곳에서는 비중이 작다.

그래서 데이터센터는 현열비가 매우 높다. 잠열은 사람이나 외기 유입에서 나온다.

IT 장비 배치가 달라도 발열량이 같으면 제거할 열량은 같다.

기류 관리와 재순환

기류 관리는 찬 공기와 뜨거운 공기가 섞이지 않게 나누는 일이다.

찬 공기는 콜드 복도에서 랙 흡입구로 들어가고, 배기는 핫 복도로 나간다.

배기가 다시 흡기로 들어오는 재순환은 국부 과열의 주원인이다.

빈 랙 자리에는 블랭킹 패널을 달고, 바이패스 기류는 막아야 한다.

송풍량 계산

공기 쪽 현열량은 송풍량과 공기 출입구 온도차로 구한다.

체적 비열은 약 1.2kJ/(m³·K)다. 식을 바꾸면 송풍량을 구할 수 있다.

랙 발열 20kW, 온도차 12K이면 송풍량은 약 1.39m³/s, 시간당 약 5,000m³/h다.

이 값이 커서 고밀도 랙은 송풍만으로 감당하기 어렵고 액체 냉각이 필요해진다.

공조 방식 비교

방식은 열을 옮기는 매체와 설치 가능한 밀도에 따라 세 가지로 나뉜다.

공랭식은 구성이 단순하지만 고밀도 랙에서는 기류 한계에 부딪힌다.

액체 냉각은 열 제거 용량이 크고 설치 공간이 작다는 장점이 있다.

대신 누수 감시와 배관 이중화가 필수이며, 무중단은 N+1 또는 2N으로 확보한다.

에너지 효율과 정리

에너지 효율은 PUE로 평가한다. PUE는 총 설비 전력을 IT 전력으로 나눈 값이다.

1.0에 가까울수록 냉방과 전력 변환 등 비IT 부하가 작다는 뜻이다.

정리하면 고밀도 랙은 기류 분리와 액체 냉각으로, 습도는 이슬점 범위로 관리한다.

마지막으로 설계는 CFD로 검증하고 이중화로 무중단을 확보한다.