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논문 초록 (Abstract)

운영․서비스 중심의 IT부하 밀도 특성에 따른 새로운 데이터센터에 대응하고 IT환경의 지속가능 냉각기술을 확보하기 위해서는 새로운 냉각시스템의 제시가 필요하다. 본 연구는 기존의 룸 기반 냉각방식의 한계를 극복하고 에너지 효율성에 대한 요구 충족이 가능한 고밀도 데이터센터의 구역단위 냉각시스템을 적용한 독립모듈 컨테인먼트 시스템의 프로토타입을 개발하였고, 이를 기반으로 구역단위 냉각시스템의 적용성 및 냉각효율을 평가하였다. 국제표준인 CRAC/H 유닛 시험방법을 준수하면서 데이터센터의 실제 운영상황과 연계하여 실시간 현장측정을 통한 냉각시스템의 객관적 냉각성능을 도출하고 실질적인 에너지 기여도를 분석하였다. 그 결과는 다음과 같이 요약이 가능하다. ∙데이터센터의 고질적인 문제인 재순환과 유실현상을 방지하기 위해 국내최초 냉복도와 열복도를 모두 차폐하는 완전 컨테인먼트 프로토타입을 제시하고 기류의 혼합과 열손실 최소화 기밀강화를 극대화 하였다. ∙독립모듈 컨테인먼트의 구역단위의 냉각분배를 효율화하고 에너지절약을 위한 냉수-냉매-공기 순환 및 열교환 방식인 다중 유체 열교환 in-row CRAH 유닛 패키지를 개발하여 적용하였다. ∙냉수-냉매-공기 순환 다중 유체 열교환 in-row CRAH 유닛 패키지는 상면공간 수손의 원천적 방지를 위해서 중앙냉수식에 냉매순환체계를 포함하여 냉수배관이 직접적으로 상면공간을 통과하지 않고, 현열만을 이용하는 시스템으로 구성하여 공조 드레인이 발생하지 않는 최적화 구역단위 냉각시스템이다. ∙현장시험의 한계를 극복하고 결과 값의 신뢰를 최대한 확보하기 위해 구역단위 냉각시스템의 성능평가는 기본적으로 ANSI/ASHRAE Standard 127과 AHRI Standard 1361 국제기준 시험절차에 준하여 수행하였고 측정 오차와 불확도를 반영하였다. ∙장비의 개별 냉각능력 시험결과, in-row CRAH 유닛 패키지는 할당된 IT부하에 부합하는 냉각능력의 출력을 보였으며, 냉매분배기 또한 냉수와 열교환하여 냉매를 통한 냉각열량을 공급하는데 문제없는 용량과 성능이 구현되었다. ∙구역단위 냉각시스템 에너지효율 평가결과, 냉수-냉매 순환계통과 실내 측의 냉매-공기 순환계통의 열적평형을 유지하였고 실험대상인 A열 구역단위 냉각시스템은 IT부하 65 kW(분전반 측정 61.1 kW)에서 냉수 입구온도(8.0℃) 기준 냉복도 실내온도는 23.1℃로 수렴하여 운영기준을 만족하였다. ∙pPUE 분석 결과, 냉수생산 및 순환 에너지를 제외하고 CRAH 송풍 및 냉매순환 에너지의 영향도는 평균 0.019로 매우 낮았다. ∙구역단위 냉각시스템인 다중 유체 열교환 in-row 유닛 패키지의 활용성을 높이기 위한 후속 연구내용으로 냉수 또는 냉각수의 생산 및 공급 에너지를 포함하여 데이터센터의 전체적인 에너지사용 효율에 대한 기여도 및 에너지저감 상세분석이 요구된다. Owing to the rapid growth of information technology (IT) services over the past decades, data centers have become the core infrastructures of Industry 4.0. Meanwhile, the energy use of data centers has rapidly increased. In this study, a prototype of an independent module containment system that applied the row-level cooling system of a high-density data center was developed to overcome the limitations of the existing room-based cooling system and satisfy the demand for energy efficiency. The main purpose was to evaluate the cooling performance of multi-fluid (refrigerant-water cooled type) in-row CRAH unit package in independent row-based air containment. Based on in-situ measurements, the applicability and cooling efficiency of the row-level cooling system were evaluated. While complying with the international test method standard for CRAC/H unit, the cooling performance and efficiency of the row-based cooling system were derived through real-time field measurement in connection with the actual operation situation of the data center and the partial energy contribution was analyzed. The row-based cooling system with the multi-fluid heat exchange in-row CRAH unit package was found to be the most efficient in removing heat output of IT equipment based on the observations and experimental results.