주관기관: ㈜삼화에이스
국내 환경 적합형 모듈러 인프라 설계
고밀도 확장을 위한 공간 효율성 분석 및 모듈러 기술
모듈러 간 상호연결 및 확장성을 고려한 구조 설계
‐ 공간효율 모델링을 위한 설계
수평 확장형 모듈의 공간을 수직으로 적층하여 모듈의 면적을 최소화하고 전체 건물 의 층수를 증가시킬 수 있으며 외기 냉방을 위한 풍도 구성이 원할한 확장 모듈 대안 정립
모듈별 설계요구 사항 부하밀도 가용성 을 반영할 수 있도록 구성 모듈을 지원할 수 있는 개별화된 공간으로 구성
단일 공간에 통합적으로 구성
④ 저압 변전설비 공조설비 베터리 및 차 간선은 모듈별 인프라로 구성
[ 확장성을 고려한 구조 설계 ]
배기 풍도의 구성에 따라 단위의 확장성을 위한 건축 유로 풍도 프로토 타
입 도면 작성 및 대안별 기류 시
뮬레이션 분석을 통해 증축을 위한 풍도 최적 안 도출
3d Model 측면 외기유입 상부 중앙풍도 배기(강제배기팬 無)
면 외기유입 상부 중앙풍도 배기(강제배기팬 적용)
‐ 모듈러간 설비 상호 연결설계(100%)
설비 장비 배관 덕트 의 확장성과 기계실의 여건에 유연한 대응이 가능하도록 빌트 업 형식의 시스템을 적용하고 기류가 충돌되어 난류가 형성되 지 않도록 구성품 배치의 최적화
․
[ Built-up 형식의 CRAC 구성의 최적화 ]
코너바(Corner Bar) 금형제작 중간바(Middle Bar) 금형제작 소형송풍기의 다중 설치 방식을 채택 추후 장비 반입이 원할함
설비 배관의 경우 선 배관 시공이 우선되어야 하며 시공은 최대 용량 기준으로 하며 데이터 센터 확장 시 배관 연결은 간단한 플랜지 연결 작업이 가능하도록 하며 코일 설계도 표준 모듈러 사양에 맞추어 개로 분할 하고 확장 시 플랜지 연결 방법 채택 덕트 설비의 경우 배치 및 구성에 따라 변경 적용의 필요성이 있 어 후공정 작업 진행이 타당함
‐ 확장성을 고려한 모듈러 프레임(FRAME) 설계
코너바 와 중간바 의 연결 몰드 설계도면 작성
코너바 와 중간바 열전달 해석
코너바 와 중간바 의 열전달 해석 결과는 열가교비 등급
이며 열관류율 등급은 기준을 만족함 규격
코너바(Corner Bar) 중간바(Middle Bar)
열가교비 Kb=0.77 – TB1 Class 열관류율 1.12W/m2/K – T3 Class
열가교비 Kb=0.78 – TB1 Class 열관류율 0.92W/m2/K – T3 Class [ 코너바(Corner Bar)와 중간바(Middle Bar)의 열전달 해석 ]
코너바 중간바 및 연결몰드 금형제작 및 시제품
50mmt Corner 몰드(Mold)
Corner Bar 연결Mold(상) Corner Bar 연결Mold(중) Corner Bar 연결Mold(하) 50mmt Middle 몰드(Mold)
Middle Bar 연결Mold(상) Middle Bar 연결Mold(중) Middle Bar 연결 Mold(하) 고정 캡(Cap)
고정Cap(상) 고정Cap(중) 고정Cap(하) 모듈러 Frame 시제품
Frame 결합 예
스마트 설계 쿨링시스템 기술 설계
200kW/Rack 열량 냉각을 위한 쿨링(Cooling) 최적화 설계
‐ 외기냉방 CRAC(Computer Room Air Conditioning) 시스템 분석
쿨링 시스템의 에너지 성능 최적화를 위해 아래 네 가지의 최신 공 조시스템을 선정하고 각 시스템의 장단점 및 시스템 특징을 파악함
직접식 외기냉방시스템
히트 파이프를 적용한 간접식 외기냉방시스템
간접식 증발냉각기를 적용한 간접식 외기냉방시스템 회전식 열교환기를 적용한 간접식 외기냉방시스템
․ 각 시스템의 냉방 요구량에 따른 용량을 산정하고 용량별 시스템 구조 특성 파악 후 각 시스템에 최적화된 모듈러 스마트 을 위한 설계 수행
고효율 송풍기, 열교환기 냉각 시스템 최적화 기술 설계
‐ 모듈형 데이터 센터 및 패키지형 스마트 CRAC에 적합한 송풍기로 BLDC 모터를 이용한 직결형 EC 송풍기를 선정하고, 시스템의 적용성 검토
‐ 열교환기 냉각코일의 빌트업형 스마트 CRAC를 위한 타원형코일 (Oval coil)의 선 정 및 적용 분석 수행
‐ 시뮬레이션을 통해 기존 CRAC시스템 대비 연간 28%의 운전 비용 절감 예측 수행
[직결형 EC 송풍기 및 타원형 코일 성능 분석]
패키지 타입 외기 냉방 및 냉각시스템 이코노마이저를 위한 장비 설계
‐ 외기냉방 및 공기 측 이코노마이져가 적용된 CRAC 시스템 분석 및 설계
기 선정된 네 가지의 시스템의 용량 및 특성을 바탕으로 설정된 에 적용될 수 있도록 장비의 내부 유로 및 구성 방안을 도출
구성된 장비 설계 방안을 바탕으로 설계규격서 및 도면 작성
[예시 : Built-up 형식의 외기냉방 시스템 CRAC 설계도면]
공조 에너지 최적화 및 효율적 온도 관리를 위한 최적 설계
모듈형 데이터센터의 시뮬레이션 검증을 통한 최적의 공기유동 설계
‐ 대안별 CRAC(Computer Room Air Conditioning) 시스템이 적용된 냉기, 열기 통로 차폐 방식 (Cold & Hot Aisle Containment), 환기의 방법에 따른 프로토 타입 설계
기 선정된 네 가지의 시스템과 다양한 열기 통로 공조 방식 및 차폐방식에 대 한 상호 고려를 위한 행렬 분석 수행
본 행렬 분석을 위한 개 의 프로토 타입 작성에 따른 각 프로토 타입의 설계 실시
[ 공기유동 설계도면 (24개 프로토 타입) 구성 ]
‐ 대안별 CFD(Computational Fluid Dynamics) 시뮬레이션 분석
기 설계된 가지의 프로토 타입을 바탕으로 데이터 센터의 분석에 특화된 를 이용하여 유로의 효율성 및 유로의 안정성 분석 실시
외기냉방 시스템 간접증발 냉각시스템의 경우 개 안 모두
지수가 이상적인 혹은 에 근접한 값을 나타내어 허용 온도 조건을 벗어나지 않고 효율적으로 운전되는 것을 확인함
[ 외기냉방 시스템-Cold Aisle Ceiling Return ]
쿨링 최적 사이클 구현 및 효율적 온도관리를 위한 제어로직 H/W 설계.
‐ 스마트 CRAC Controller 설계규격서 및 H/W 도면 작성. 완료 후 보드 시제품 제작 완료
구분 Base Module RTD Module Universal IO Module
시제품
사양
32bit Cortex-M3 CPU
Isolated AO 4채널
다양한 입출력 지원
RTD 센서 입력 4채널
PT 1000Ω 입력 DI & DO 선택 8 채널
‐ 시제품 제작
다양한 입출력 검증 및 블록 설계를 위한 기반 제작 를 사용한 제어 알고리즘 동작검증을 위한 시제품 제작
인터페이스 지원 및 기능 검증 완료 구분 FPGA 기반 Fan Control 알고리즘 검증용 BD
시제품
사양
Altera cycloneⅢ FPGA
Logic Elements : 24,624
Number of M9K Blocks : 66
Total RAM Bits : 608,256
PLLs : 4
Maximum User I/Os : 215
‐ 스마트 CRAC H/W 공통 플랫폼
공통 플랫폼 기반으로 동작하기 위한 정보 교환 내용 검토
운영체제와 간의 작업을 위한 작성
기본 입출력 테스트 완료
운영체제와 간의 각종 개발 중
CRAC 단위에서의 에너지 소비 예측 정밀도 향상을 위한 rack simulator 개발
‐ Rack simulator 개발
기존 을 이용한 분석은 실제 의 운전에 따른 발열 특성을 파악하지 못하는 단점에 따라 실험을 통해 이를 극복하기 위한
개발
기존 의 기준의 표준 의 발열 특성을 파악하여 제작
부하에 따른 발열 특성을 모사하기 위한 난방코일과 기존 에서 을 냉각하기 위해 설치된 을 에도 동일한 용량의 설치
의 각 서버의 개별 제어가 가능하도록 설계 및 제작 수행
[ RACK SIMULATOR 제작 ]
참여기관 1: 전자부품연구원
모듈형 데이터센터 장비 전력관리 및 전력 인프라 기술 설계 단위 장비 전력 모니터링을 위한 모듈러 설계
Rack 공간 고려의 모듈러 PDU 시스템 H/W 규격 설계
개발 PDU는 컴퓨팅장비 전원분배 기능, 데이터센터 인프라의 동적관리 기능, 전원 과부하, 원격 개별전원 On/Off, 포트별 Metering 등의 기능을 제공함.
‐ Rack 구조 분석을 통한 PDU 기구 구조 설계 는
의 가지 유형
내부에 실장이 가능한 타입으로 데이터센터의 전원 부하 규모에 따라 정격 용량을 측정
[개발 PDU 내부 구조]
개발 는 효율적인 전원관리 동적 전원 구성 전원 이중화 요구사항을 설계에 반 영한 것으로 데이터센터에 효과적으로 적용하기 위해 모듈러 구조로 개발함
‐ PDU Connection 방식선정 및 요구기능 분석
기존의 는 전원 이중화 시 물리적으로 개 이상의 서로 다른 를 에 설 치하여 정해진 공간 내에서 추가적인 확장이 어려운 구조임
전원 소켓의 경우에도 모듈러 의 장점인 확장성을 충분히 이용할 수 있도록 소
켓의 구성을 소켓 등을 지원할 수 있도록 설계함
제작된 시제품 이하 유닛 은 설치 로테이션에 따라 에 진입되는 전원을 선 택적으로 사용할 수 있도록 설계함
‐ AC 전원공급에 따른 제품 전기적/물리적 안정성 분석
전원 이중화를 제공하는 기존
제품의 개념도 본 과제에서 제안하는 의 전원 이중화 개념도
기존 는 전원 이중화를 위해 서로 다른 전원분배장치를 사용하지만 본 과제에서 는 모듈러의 개념으로 전원 이중화를 모듈의 회전을 통한 체결로 반영함
따라서 상에 하나의 구조물 에 복수의 전원을 공급하고 체결되는 모듈러 의 방향성에 따라 전원을 선택적으로 사용할 수 있는 구조임
Hall Sensor 기반의 소비전력 측정 모듈 설계
‐ AC 콘센트 개별 Port 전력측정 회로 설계
U11
WCS2705
VDD1
GND
2
VOUT 3 4 IPP
5 IPM
Q1 2N2222
52
4 Relay_Ctrl_1
R47 1/4W 4.7KF
R48
1/4W 1kF C18 104
0 HR-CR3A13DC12KH
A
1 B
2
C3D4 E
5
F6 VCC_12 v
0
Hall_Sens e_1 C20
104 0 R50
2W51J C21 MKP63 223M AC_Input_L
AC_Input
VCC_5v
D7 UF4007
T1
JIVD30 3
2 4
1 AC_Input_N
D8
UF4007
1 3
D9
UF4007
1 3
D10
UF4007 1 3
D11
UF4007 1 3
0 C31 KMG 25V 10uF
C22
50V 104 R49
10K R51
10K
0
AC_Voltage
[채널당 전류/전압 측정 및 제어 회로]
모듈러 는 하나의 유닛에서 개의 전원 소켓을 연결하여 사용할 수 있으며 확장성을 위하여 데이터센터에서 주로 사용되는 전원의 소켓 규격을 적용함
기반의 소비전력 측정 모듈은 타입과 유럽 타입을 적용 측정회로로 채널당 허용전류 측정주기 단위로 설계함
‐ 회로구성에 따른 구성요소(Hall Sensor, SSR, etc.) 선정
회로 구성은 개별 소켓의 제어와 기반의 개별 소켓별 전력측정이 가능하 도록 설계를 진행함
보드는 표준 소켓과 연동을 위한 인터페이스 보드 식과 전력측정 소켓제어 를 포함하여 통신이 가능한 식을 개별적으로 설계하여 제작함
또한 모듈러 요구사항 분석을 통해 다음의 기능을 수행할 수 있도록 회로를 구성함
‐ Micom 기반의 전력측정 및 처리를 위한 I/O Interface 설계
전력측정을 위한 은 와 을 모두 검토하였으며 최종적으로 모듈러 구조 데이터 라인 구성 설계된 프로토콜 등을 고려하여 로 차 설계가 진행됨
인터페이스는 센서로부터 전류값과 소켓의 전압값을 받을 수 있도록 하였으며 개 별 소켓의 제어를 위해 렐레이의 상태값을 저장 토글할 수 있도록 회로와 펌웨어를 설계함
‐ Rack 단위 온습도 모니터링용 모듈 설계 및 제작
의 와 의 발열량 모니터링을 위해 온 습도 모듈을 인터페이스를 통해 공통 플랫폼 보드와의 연동하도록 설계함