데이터 센터 냉각: 냉각 방식과 측정 기술 요구 사항

냉각 시스템 및 기술

데이터 센터 냉각은 IT 운영에서 가장 중요한 에너지 집약적인 프로세스 중 하나입니다. 이는 종종 전체 에너지 소비의 30% 이상을 차지합니다. 적절한 냉각 시스템의 선택은 효율성과 운영 신뢰성에 결정적인 영향을 미칩니다. 배치된 냉각 시스템은 어떤 측정 지점에 어떤 센서를 설치해야 하는지를 결정합니다. 이 기사는 다음에 대한 개요를 제공합니다:

데이터센터 냉각은 IT 운영에서 가장 중요하면서도 에너지 소비가 많은 분야 중 하나입니다. 냉각에 필요한 에너지는 전체 에너지 소비량의 30% 이상을 차지하기도 합니다. 따라서 적절한 냉각 시스템의 선택은 에너지 효율은 물론 안정적인 데이터센터 운영에도 큰 영향을 미칩니다. 또한 적용하는 냉각 방식에 따라 필요한 센서의 종류와 설치 위치, 측정 항목도 달라집니다. 이 글에서는 다음과 같은 내용을 살펴봅니다:

• 가장 일반적인 데이터센터 냉각 시스템의 종류
• 냉각 시스템별 측정 기술 및 센서 요구사항
• E+E 센서를 활용해 데이터센터의 안정성과 표준 준수를 확보하는 방법

냉각: 데이터센터 에너지 효율과 안정성을 좌우하는 핵심 요소

IEA(국제에너지기구)의 전망에 따르면, 전 세계 데이터센터의 전력 소비량은 2030년까지 두 배로 증가할 것으로 예상됩니다. 이처럼 에너지 수요가 빠르게 증가하는 상황에서, 효율적인 냉각은 데이터센터의 경제적이고 지속 가능한 운영을 위한 핵심 요소가 되고 있습니다. 이에 따라 냉각 시스템에도 높은 수준의 성능과 관리가 요구됩니다.

• 잘못 설정되거나 충분히 모니터링되지 않는 냉각 시스템은 운영 비용을 높일 뿐만 아니라 장애 발생 위험도 증가시킵니다. 실제로 데이터센터의 31%에서 매년 한 차례 이상의 서비스 중단이 발생합니다.
• 서버에 공급되는 공기의 온도를 단 1°C 높이는 것만으로도 냉각에 필요한 에너지를 최대 9%까지 절감할 수 있습니다. 그러나 이러한 높은 에너지 절감 효과를 안전하게 실현하려면 데이터센터 전체의 온도를 정확하고 종합적으로 모니터링해야 합니다.
• 특히 ASHRAE(미국냉난방공조학회)의 기준과 유럽 EN 50600 표준 시리즈를 비롯한 주요 표준 및 가이드라인에서는 데이터센터의 온도와 습도에 대한 명확한 요구사항을 규정하고 있습니다.

데이터센터의 냉각 시스템을 제대로 모니터링하지 않으면 에너지를 낭비할 뿐만 아니라 서비스 중단의 위험까지 높아질 수 있습니다.

공기 냉각: 데이터센터에서 가장 널리 사용되는 냉각 방식

공기 냉각은 대부분의 데이터센터에서 사용되는 대표적인 냉각 방식입니다. 공기를 이용해 데이터센터를 냉각할 때는 통로 차단(Aisle Containment) 방식을 적용해, 차갑게 공급되는 공기와 서버에서 배출되는 뜨거운 배기가 서로 섞이지 않도록 분리합니다.

냉기 공급 통로와 열기 배출 통로의 차단 방식 비교

통로 차단(Aisle Containment) 방식은 두 가지로 나눌 수 있으며,  각각 다른 접근 방식을 따릅니다:

• 냉기 공급 통로 차단(CAC, Cold Aisle Containment): 서버가 냉각된 공급 공기를 흡입하는 통로를 밀폐해 데이터센터의 다른 공간과 분리하는 방식입니다. 이를 통해 냉각된 공기가 서버에 도달하기 전에 주변의 따뜻한 공기와 섞이는 것을 방지합니다.
• 열기 배출 통로 차단(HAC, Hot Aisle Containment): 서버에서 배출되는 뜨거운 공기가 모이는 통로를 밀폐하는 방식입니다. 서버의 고온 배기 공기를 냉각 시스템으로 직접 회수해 데이터센터 내부의 다른 공간으로 열기가 확산되는 것을 방지합니다.

두 방식 모두 냉각 시스템으로 돌아가는 공기의 온도를 높여 냉각 효율을 향상시키는 것을 목표로 합니다. CAC와 HAC 중 어떤 방식을 선택할지는 데이터센터의 구조와 IT 장비의 배치, 냉각 시스템의 구성 등에 따라 달라질 수 있습니다.

액체 냉각: 데이터센터 냉각의 미래

AI 애플리케이션의 확산으로 랙 밀도가 높아지면서 공기 냉각은 점차 물리적 한계에 도달하고 있습니다. 이에 따라 업계에서는 향후 5~10년 내에 액체 냉각이 공기 냉각을 점진적으로 보완하거나 대체할 것으로 전망하고 있습니다. 액체 냉각은 공기 냉각보다 열 방출 효율이 높아 고밀도 데이터센터의 효과적인 냉각 방식으로 주목받고 있습니다.

액체 냉각: 측정 기술 요구사항

데이터센터에 액체 냉각을 적용하면 새로운 측정 및 모니터링 과제가 발생합니다.

• 결로 위험: 액체 냉각 시스템에서는 주요 부품에 결로가 발생하는 것을 방지하기 위해 랙 내부의 노점 온도를 정밀하게 모니터링해야 합니다.
• 냉각탑 효율: 냉각탑을 효율적으로 운영하려면 습구 온도를 정확하게 측정하는 것이 중요합니다. 이를 통해 증발 냉각을 최적으로 제어할 수 있습니다.
• 냉각액 품질: 냉각액 내 수분은 주요 관리 요소 중 하나입니다. 냉각액의 특성과 성능을 안정적으로 유지하기 위해서는 지속적인 품질 모니터링이 필요합니다. E+E 수분-오일 센서를 활용하면 냉각액의 수분 함량을 지속적으로 측정하고 냉각액의 품질을 안정적으로 관리할 수 있습니다.

E+E 센서로 효율적이고 안정적인 데이터센터 냉각 구현

냉각 시스템마다 센서 기술에 요구되는 조건은 다릅니다. 그러나 어떤 항목을 측정하는지만큼 센서의 설치 위치도 중요합니다. 센서가 잘못 설치되거나 측정 정확도가 낮으면 IT 장비가 과도하게 냉각되거나 과열될 수 있습니다. 에너지 효율적이고 안정적인 운영을 위해서는 높은 정확도와 장기적인 측정 안정성을 갖춘 센서가 필요합니다. 온도를 단 0.5°C 더 정확하게 측정해도 냉각 에너지 소비를 4~5% 절감할 수 있습니다.

E+E 센서는 데이터센터의 24시간 365일 연속 운전 환경을 고려해 개발되었으며, 다음과 같은 특징을 제공합니다.

• 높은 측정 정확도와 직접적인 에너지 절감 효과(온도 최대 ±0.1°C)
• 부식 방지를 위한 센서 코팅
• ARC(Automatic Recovery) 및 Condensation Guard 등의 기능을 통한 높은 장기 안정성과 드리프트 방지
• ASHRAE, DIN EN 50600 / ISO/IEC 22237 준수
• BMS/BAS 호환성(Modbus RTU)

냉각 시스템별 주요 측정 항목과 필요한 센서는?

다음 표는 데이터센터에서 사용되는 냉각 시스템별 주요 측정 항목과 적용 가능한 E+E 센서를 보여줍니다.

^{표 1: 데이터센터에서의 E+E 센서 적용 가능 분야}

데이터센터 냉각에는 냉각 방식에 맞는 측정 기술이 필요합니다

냉각 시스템의 선택은 데이터센터 운영에 있어 중요한 전략적 결정입니다. 기존 데이터센터에서는 여전히 공기 냉각 방식이 널리 사용되고 있으며, 고밀도 데이터센터를 중심으로 액체 냉각의 중요성이 점차 높아지고 있습니다. 어떤 냉각 방식을 적용하든 공통적으로 중요한 것은 정확한 센서 데이터 없이는 냉각 시스템을 안전하고 효율적으로 운영하고 관련 표준을 준수하기 어렵다는 점입니다. 따라서 냉각 방식에 적합한 측정 기술을 적용하는 것이 중요합니다.

E+E Elektronik은 다양한 데이터센터 냉각 시스템의 상태를 정밀하게 모니터링할 수 있는 신뢰할 수 있는 파트너로서, 각 냉각 시스템의 요구사항에 맞는 견고한 센서 솔루션을 제공하며 데이터센터 시스템에 쉽게 적용할 수 있도록 지원합니다.