집중기획
윤 덕 상 롯데정보통신(주) / 센 터 장 [email protected]
개 요
롯데정보통신은 그린 IT의 중요성을 인지하여 2008년부터 에너지 효율화 개선 활동을 시작하였다. 동절기 외기도입시스템, 냉기차폐장 치(컨테인먼트시스템), 고효율콘덴서 등 핵심 기술 및 에너지 효율 개 선부분까지 신경 써 연간 약 20%의 에너지 절감을 실천하고 있다.
일반적으로 데이터센터에서는 에너지 효율 지수라는 지표를 가지 고 운영 관리하고 있다. 에너지 효율 지수의 목적은 에너지의 효율성을 관리하고, 데이터센터의 전력 및 공조설비 에너지 비용을 관리하기 위 함이다.
에너지 효율 지수의 측정 방법은 데이터센터에서 사용하는 총 전
데이터센터 에너지 효율 개선
그린데이터센터를 구현하기 위하여 효율적인 에너 지 관리/개선활동신기술 구축에 대해 소개하고자 한다.
[그 림 1] 연도별 에너지 효율 개선 내용 및 에너지 효율 지수
집 중
집중기획기 획
력량에서 IT(시스템,네트워크,보안)장비 전력량 을 나눈 값으로 수치가 낮을수록 에너지를 효율 적으로 관리된다고 판단한다. 국내 데이터센터의 수치는 1.6~2.5이고, 국외 데이터센터의 지수는 1.4~1.7 수준이다. 국제 표준은 1.8 정도 수준이 다. 롯데정보통신 데이터센터는 ‘12년 평균 1.7을 유지하고 있다. 그림 1과 같은 에너지 효율 개선 으로 에너지 효율 지수를 낮추는 데 노력하고 있 으며, ’13년에는 1.6을 목표로 하여 보다 나은 효 율적인 그린 IT 시설을 준비를 하고 있다.
에너지 효율화 개선 활동 내용
동절기외기도입시스템
동절기 외부의 차가운 공기를 이용해 전산실 로 직접 냉방을 하는 장치이다.
이를 통해 항온항습기의 압축기(냉방장치) 전력사용량을 감소시키고 연간 약 50만 kW를 감
소시켜 약 10%의 에너지 절감 효과를 실현하고 있다(표 1 참조).
외기도입시스템의 구성은 기존 항온항습기와 혼합하지 않도록 별도로 구성(급기덕트,배기덕 트)하고, 동절기(11월~2월 : 약 4개월간) 찬 공 기를 이용하여 전산실로 직접 공급한다. 가동 기 준은 외부온도가 10도 이하, 전산실 온습도 22도
~ 24도, 35%~45% 유지, 미세먼지 농도 100 ug/
m³ 이하일 때 가동되며, 1차 메인덕트 및 메인팬 을 이용하여 공급하고 2차 분기 덕트가 각 해당 위치에 설치되어 위치별로 찬 공기를 공급한다.
또한, 외부 공기를 인입하기 때문에 별도 필터가 설치되어 오염된 공기는 필터하여 신선한 공기를 전산실에 공급된다(그림 2, 3 참조).
최근 데이터센터에서는 다양한 방법으로 외 기도입시스템은 설치 운영하고 있다. 외기도입시 스템 방식은 2가지로 분류된다. 첫 번째는 혼합 방식으로 기존 항온항습기와 병행하여 외부의 차
구분
2008년 2009년 2010년 2011년
가동 전 비고 (5개월 간)
가동 후 (5개월 간)
가동 전 (5개월 간)
가동 후 (5개월 간)
가동 전 (5개월 간)
가동 후 (5개월 간)
가동 전 (5개월 간)
가동 후 (5개월 간) 항온항습기
사용전력량 (kWh)
4,192,385 4,022,117 4,361,508 3,809,620 5,273,160 4,800,849 5,708,489 5,223,813 절감전력량
(kWh) 170,268 551,888 472,311 484,676
절감률 4% 13% 9% 8%
[그림 2] 외기도입시스템의 구조
<표 1> 외기도입시스템 효과분석 자료
가운 공기와 내부에 더운 공기를 섞어 적절한 온 도로 공급해준다. 두 번째는 직접방식으로 항온 항습기와 별도로 구성하여 전산실에 직접 공급해 주는 방식이다. 고려할 사항은 외기시스템 가동 시 소음과 습도가 낮아짐에 따른 가습이 필요함 에 따라 오히려 전기료가 상승할 수 있다는 점이 다. 그리고 외부 미세먼지 농도 자동감지 등의 자 동화 구성에 대해 연구가 필요하다. 현재는 규모, 공간 측면에서 대형 데이터센터 위주로 설치 운 영하고 있다. 일반 소규모 데이터센터 및 전산실 의 경우 적은 전산실 공간과 공조설비 장치 및 건 물 구조와 에너지 절감에 대한 인지 부족으로 필 요성을 느끼지 못하고 있다. 하지만 설치 구성 및 원리가 간단한 구조이기 때문에 많은 홍보 및 관 심을 가진다면 불필요한 전력낭비와 에너지 비용 을 감소 시킬 수 있다.
냉기차폐장치(컨테인먼트시스템)
차가운 냉기복도(Cold-Aisle)를 칸막이 타입
으로 설치하고 밀폐하여 냉기의 손실을 최소화하 여 에너지를 절감하는 장치이다. 이 시스템을 도 입해 설치 전 대비해서 약 2도 온도를 감소시켰 으며 연간 약 5%의 에너지 절감 효과를 실현하고 있다. 특히 자체개발을 통해 개발되어 점차 대외 사업에 적용하였으며 특허청에 실용신안 등록하 여 심의 중이다(표 2 참조).
그림 4는 서버 후면에서 발생하는 뜨거운 공 기의 재순환을 차단해 냉방효율을 올려주는 시스 템이다. 이 시스템의 설치 목적은 냉기 손실을 최 소화도 하지만 냉기복도의 상하부 온도 편차를 줄이기 위한 목적도 가지고 있다.
또한, 효과분석을 위해 적정한 온도 측정 기준 이 필요하다. 온도 측정 위치는 랙 상부를 기준으 로 하였다. 랙 상부로 측정 기준을 선택한 이유는 이중 마루 하부에서 상부로 올라갈수록 온도가 높 아지기 때문이다. 또한, 더운 공기는 상부로 올라 가기 때문에 더운복도(Hot-Aisle) 상부에 있는 더 운 공기가 냉기복도 상부로 넘어오는 상황이 발생
[그림 3] 외기도입시스템 설치 사진
<표 2> 냉기차폐장치 효과분석 자료
구분 Zone별 온도 측정
A-Zone B-Zone C-Zone D-Zone E-Zone F-Zone 비고
위치 Cold Hot Cold Hot Cold Hot Cold Hot Cold Hot Cold Hot
설치전 26℃ 32℃ 27℃ 32℃ 26℃ 33℃ 30℃ 32℃ 28℃ 29℃ 24℃ 28℃ 11/8~15(8일간) 설치후 23℃ 28℃ 22℃ 28℃ 22℃ 27℃ 26℃ 28℃ 25℃ 28℃ 22℃ 24℃ 12/13~20(8일간) 온도차 -3℃ -4℃ -5℃ -4℃ -4℃ -6℃ -6℃ -4℃ -3℃ -1℃ -2℃ -4℃ 평균 약 -4℃ 감소
하기 때문에 상부 측에 온도 측정을 해야 한다.
더운 공기가 상부로 올라가는 이유는 더운 공 기 속에 있는 분자들은 찬 공기 속에 있는 분자들 보다 더 빠르게 주위를 돌아다닌다. 분자들이 에 너지에 접할 때 활발한 상태로 주위를 돌아다니 면서 서로 부딪힌다. 활발한 분자들은 더 많은 공 간을 필요로 하기 때문에 더운 공기는 팽창하게 된다. 그래서 더운 공기는 밀도가 낮아진다. 다시 말해 더 많은 공간이 필요하다. 이것은 차가운 공 기가 분자들 사이에 공간이 더 적기 때문에 차가 운 공기가 사실 더운 공기보다 더 무겁다는 것을 의미한다. 그렇기 때문에 더운 공기는 위로 올라 가고 차가운 공기는 가라앉게 된다.
실제 설치 전 냉기복도의 상하부 온도차는 약 4도였는데 컨테인먼트 설치 후 약 2도 내외로 유 지되고 있었다(그림 4 참조).
냉기차폐장치의 국내 도입은 4년 전부터 시 작되었다. 데이터센터 위주로 설치됨에 따라 경 제적/운영적인 측면에서 대중화가 되기는 어려 운 현실이다. 국내에 설치되어있는 냉기차폐장치 는 패키지화가 되어 있어 비용이 높은 편이다. 또 한, 완전 밀폐방식이기 때문에 밀폐된 구역은 소 방문제로 별도 소화 가스 설치 및 자동 개폐장치 를 설치 해야 하는 문제점이 있다. 롯데정보통신 은 이러한 부분을 감안하여 많은 고민 및 아이디
어를 착안하여 완전밀폐가 아닌 단조로운 구조와 일반적인 재질로 구성하여 자체 제작하였으며 관 련 내용으로 특허청에 실용신안 등록을 완료하였 다. 그리고 대전 KISTI 슈퍼컴퓨터센터에 실제 적 용하여 획기적인 절감 효과를 실현하였다. 일반 전산실에서도 충분히 설치 운영 가능하며, 실용 화가 될 수 있도록 많은 홍보가 필요하다.
24시간 365일 항상 가동해야 하는 항온항습 기는 데이터센터의 전력량을 상단 부분 차지하고 있다. 항온항습기의 전력사용량 중 가장 많은 비 중을 차지하는 압축기의 전력사용량을 줄이기 위 해 고효율콘덴서를 항온항습기 외부 실외기에 설 치하여 전력량을 약 11% 절감하였다(표 3 참조).
실외기의 고압 냉매를 순간적으로 온도를 감 소시켜 압축기의 효율 및 전산실에 온도가 감소 되는 효과를 실현하고 있다.
고효율콘덴서의 구성은 그림 5와 같이 실외기 에 별도 콘덴서를 추가 설치하여 냉매 코일범위 를 증가시켜 냉매 순환 기능을 강화하였으며, 고 효율콘덴서 인입구 측에 냉매 응축촉진장치가 설 치되어 기체의 냉매를 액체로 급 강화 및 냉매 온 도를 감소시켜 실내기 측에 압축기의 가동률이 감소되어 절감 효과를 가지게 된다.
이 시스템은 외기온도가 높은 하절기에 효과 가 상승되고, 항온항습기의 효율 및 장비 수명을
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[그림 4] 냉기차폐장치의 구성 및 설치 사진
연장시키는 효과가 있다.
고효율콘덴서의 국내 도입은 2년 전부터 시작 되어 아직 국내 데이터센터에 대중화가 되지 않 았다. 외산 제품이다 보니 장치 하나의 비용은 높 은 편이나 항온항습기의 에너지 절약을 위해서는 꼭 필요한 장치이다. 물론 공랭식 항온항습기에 만 적용되는 제한적 요소는 있지만, 데이터센터 의 전체 에너지 절감 요소에 중요한 부분을 차지 할 수 있다. 국내 도입이 짧아서 아직 실용화단계 는 이르지만 간단한 설치 구조로 높은 효과를 실 현할 수 있는 장치이다.
에너지 효율 개선
데이터센터에 지속적으로 서버들이 증가됨 에 따라 온도 및 공조설비의 가동률이 증가되고, 센터 내부의 공조순환에 비효율적인 문제가 발생 될 수 있다. 또한, 서버룸의 효율적인 온도관리를 위한 전산유체역학기법을 도입하여 온도,공기흐 름,풍속 등을 분석하였다. 이런 활동으로 항온항 습기 전력량이 약 10% 절감되는 결과를 얻을수
있었다(표 4 참조).
전산유체역학기법분석이란 컴퓨터 시뮬레이 션을 통하여 공기 유체의 흐름, 열전달 및 화학 반 응 등의 현상을 해석하는 분석방법이다. 분석조 건으로는 전산실 내부에 고집적 랙이 혼재한 경 우, 고집적시스템랙을 위한 공조설비 관리, 서버 의 위치별 공기 흐름의 변화, 서버 주위의 발열 정 도 여부, 공조설비의 냉방순환흐름 정도를 분석 하기 위함이다(그림 6 참조).
상기의 분석을 통해 랙 간격 문제, 더운 복도 의 공기 유입, 항온항습기 배치 문제 등에 관한 에너지 효율화 개선 활동을 진행하게 되었다. 효 율화 활동으로 서버랙 뒤편 케이블 홀에 냉방손 실을 막기 위한 케이블 홀 마감, 서버랙 앞, 옆 공 간에 더운 공기가 유입되어 냉방손실 감소를 막 기 위해 칸막이 설치 활동을 진행하였다(그림 7 참조).
에너지 효율화 개선은 데이터센터뿐만 아니 라 일반 전산실에서도 충분히 가능하다. 전산유 체역학기법은 규모가 큰 데이터센터에 전산실 전
<표 3> 고효율콘덴서 효과분석 자료
[그림 5] 고효율콘덴서의 구성
구분 설치 전 설치 후
외부온도(℃) 실내온도(℃) 전력량(Kw) 외부온도(℃) 실내온도(℃) 전력량(Kw) 비고 항온항습기 1호기
9.9 25.1 3,110
11.8 23.6 2,411 '11년9월 설치 (5일간 측정)
항온항습기 2호기 2,823 3,258
소계 5,933 5,669
차이 1.9 -1.5 -264
절감율 6% 5% 11%절감
체의 에너지 흐름도를 분석하기 위한 기법이기 때문에 일반 전산실에서 도입 여부는 검토가 필 요하다. 일반 전산실에서 에너지 효율화 개선은 아주 간단하다. 현재 사용하고 있는 랙 후면의 전 원/네트워크 케이블 정리, 랙 전면에 블랭크 패널 설치, 이중 마루 하부의 전원/네트워크 케이블 정 리, 이중 마루 다공판의 적절한 배치 등 사소한 부 분에서부터 개선하면 분명히 전산실 내부에 에너 지 개선이 될 것이다.
LED(발광다이오드)조명시스템
LED 조명시스템은 일반형광등보다 전력이 80% 정도 감소된다. 비용적인 부분에서는 가격 이 높지만 장기적인 측면에서 보았을 때 기대수 명이 길며 유지보수(램프 교체) 비용이 적게 들 기 때문에 결코 가격이 높다고만 볼 수 없다. 빛 이 밝기 때문에 조도면에서 아주 뛰어난 제품이
다. 롯데정보통신은 자체 브랜드 ‘피데스’를 보유 하고 있으며, 롯데 그룹 계열사(롯데백화점, 마트 등) 및 대외적으로 구축되어 있다(표 5 참조).
LED 조명은 일반적으로 많이 전파가 되어있 다. LED원리는 반도체에 전압을 가하여 빛이 발 생하는 현상을 이용한 것이다. 그리고 에너지 효 율이 높다. 일반 전구에 비해 낮은 온도에서 빛을 발산하고 수명이 오래간다. 일반전구는 1,000시
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<표 4> 에너지효율개선 효과분석 자료
[그림 6] 전산유체역학기법 분석 화면
[그림 7] 전산유체역학기법 실제 적용 분석
구분 설치전(3월) 설치후(4월)
외부온도(℃) 실내온도(℃) 수량 전력량(Kw) 외부온도(℃) 실내온도(℃) 수량 전력량(Kw) 비고
일 전력량 4.7 24.5 21 12,238 19.7 24.5 21 11,122
일 절감량 15 1,116
월 절감량 33,480
년 절감량 401,760
년 절감액 31백만원 년 평균단가 78원
절감율 10%
<표 5> LED조명시스템 효과분석 자료
[그림 8] LED조명의 원리와 형태
[그림 9] LED조명 설치 사진
구분 총 소비전력 수량 일 사용시간 일 전력량 월 전력량 월 전기요금 합계 월 절감액 년 절감액 절감율 비고
할로겐 램프
2F 50 W 68 4 13.6 kW 340.0 kW 35,020원
55,105원
48,194원 578,324원 약80% 총 112 개 교체 35 W 50 4 7.0 kW 175.0 kW 18,025원
3F 50 W 4 4 0.8 kW 20.0 kW 2,060원
LED 램프
2F 5.5 kW 68 4 1.5 kW 37.4 kW 3,852원
6,911원 5.5 W 50 4 1.1 kW 27.5 kW 2,833원
3F 5.5 W 4 4 0.1 kW 2.2 kW 227원
간가량 지속되는 것에 비해 LED 적게는 50,000 시간에서 100,000시간까지로 매우 오래 간다. 또 한, LED 조명은 내구성이 좋다. 기존 전구는 빛 을 내는데 사용되던 필라멘트가 아주 약한 구조 로 이루어져 쉽게 파열되는 현상이 발생되지만,
LED는 필라멘트가 필요하지 않아 열과 낮은 온 도, 충격에 대한 내구성이 좋다. 그리고 빛의 강도 가 높아서 선명하고 밝은 빛을 낼 수가 있다(그림 8, 9 참조).
결 론
롯데정보통신 서울센터는 기존건물에 그린 IT 시설(에너지절감장치)을 도입함에 따라 많은 시행착오가 있었으며, 불리한 조건을 극복하고 많은 그린 IT 시설 구축 및 절감 효과를 실현할 수 있었다. 서울센터의 많은 노하우와 운영경험으 로 대전센터 건립 시 설계부터 시공까지 그린 건 물로 구축하였다. 이러한 핵심기술 외에 롯데정 보통신은 ‘그린 IT 연구회’를 조직하여 성공사례, 개선사례, 문제점 등에 대해 주기적인 교류활동 을 하고 있다.
최근의 그린 IT 동향은 IT 자원을 친환경적으 로 운영하던 것에서 IT를 통한 비즈니스 녹색화 단계를 거쳐, IT와 이종 업종의 융합을 통해 친환 경적인 차별화된 시장을 창출하는 수준으로까지 확대되고 있다. 그린데이터센터가 지속적으로 관 심을 받으며 스마트그리드, 그린빌딩, 그린물류 등 산업별로 IT를 활용하는 방안이나 기술이 계 속해서 등장하는 것도 이 때문이다. 효과적인 그 린 IT 정착을 위해서는 IT서비스의 그린화를 추 진한다. 저전력 사용을 위해 다양한 분야에서 IT 와의 기술결합을 시도하는 것이다.
롯데정보통신은 그린 IT의 중요성을 일찍 이 감지하여 구축 및 운영의 경험과 노하우로 친 환경 LED 조명사업 및 탄소배출량 감소를 위한 FMS구축 등 관련 사업에 적극 반영시키고 지속 적인 연구를 하고 있다.
그린 IT 실현을 위한 경험과 지식을 계속 보완 하면서 그린비즈니스에 힘을 기울일 계획이다.
참고문헌
1. PUE, http://www.bloter.net/archives/56276 2. 외기도입시스템,
http://www.auric.or.kr/User/Rdoc/DocCmag.
aspx?dn=183257&page=1&returnVal=CMAG, http://olv.moazine.com/rviewer/index.asp 3. 컨테인먼트시스템,
http://www.ldcc.co.kr/Comuser/information/
information_info.asp?flag=READ&seq=302, 4. CFD,http://blog.naver.com/jmsin30?Redirec t=Log&logNo=80168939282
5. LED,http://book.naver.com/bookdb/book_
detail.nhn?bid=6404161
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