데이터센터의 냉각 혁신에 앞장선 기업 이야기

REI의 에너지 절약 노력은 다방면으로 이뤄지고 있으며, 그 중 하나가 데이터센터의 건물 지붕에 설치한 증발식 냉각 타워다. REI와 함께 에너지 절감 데이터센터 전략을 위해 일하며 에너지 효율 프로그램과 서비스를 제공하는 회사인 CLEA리절트컨설팅(CLEAResult Consulting)의 선임 에너지 엔지니어인 마이클 스타초위악은 “예전에는 데이터센터가 기계식 냉각, 즉 실내 폐쇄식 루프 건식 냉각기에 의존했었다”고 말했다.

하지만 증발 냉각은 외부 공기에 노출되어 있기 때문에, ‘외부 공기를 이용한 냉각(free cooling)’의 효율성을 제공한다. 그 작동 방식은 다음과 같다.

-펌프가 물을 냉각 타워의 상부로 이동시킨다.
-물이 필터를 통과할 때 물은 공기에 노출되면서 증발을 통해 냉각된다.
-이 과정에서 약간의 물이 증발하고 나머지 물은 타워 아래로 떨어져 건물 안의 코일로 들어간다.
-공기가 코일을 통과해 밀려 나가면서 데이터센터를 냉각한다.
-그리고 나서 물이 타워로 다시 이동한다.

마이어는 냉각 타워가 시애틀 지역의 온화한 기후를 활용한다고 말했다. 온도는 상대적으로 연중 온화하지만 습도가 낮은 편이기 때문에 특히 증발 냉각이 적합하다. (증발 냉각 등의 물을 이용한 냉각(Water-side free cooling) 접근방식은 습도가 낮은 지역에서 가장 효과적이다. 습도가 높은 환경에서는 물이 적게 증발하기 때문이다).

공기 중의 오염물은 증발 냉각 시스템의 단점 중 하나다. 스타초위악은 REI 냉각 타워의 필터가 이 문제를 해결하기 위해 미루나무 씨앗, 새의 깃털, 기타 이물질을 걸러내고 있다고 말했다. 필터는 하루에 한 번씩 자체 청소와 플러싱(Flushing)을 실시한다.

마이어스는 증발 냉각이 해당 데이터센터 냉각 요건의 99%를 해결하고 있으며 덥고 습한 환경에서는 기계식 냉각이 자동으로 증발 시스템을 대체한다고 말했다. "여름에는 추가 냉각이 필요하다"고 그는 말했다.

냉각수가 '외부 공기를 이용한 냉각'의 가능성을 제공한다
워싱턴에 있는, 도매 데이터센터를 개발하고 운영하는 부동산 투자 신탁기업 듀퐁 파브로스 테크놀로지(DuPont Fabros Technology)는 북부 버지니아(Northern Virginia)에서 건설 중인 새로운 데이터센터에 기계 및 증발 냉각 기술을 도입하고 있다.

애쉬번 코퍼레이트 캠퍼스(Ashburn Corporate Campus) ACC7 데이터센터는 물을 절약하기 위해 증발하는 냉각수 플랜트와 플레이트 및 프레임 열 교환기를 이용하고, 여름을 대비하여 원심 냉각기를 준비하고 있다. 듀퐁 파브로스의 데이터센터 기계 운영 부사장 밥 로젠버거는 이 냉각기가 "지구상에서 가장 효율적"이라고 강조했다.

해당 플랜트는 화씨70도(섭씨 21도) 냉각수를 생성해 데이터센터를 냉각한다. 냉각 공급수의 온도는 본래 물의 온도를 화씨45도(섭씨 7.2도)로 냉각하는 일반적인 냉각기와 큰 차이를 보인다고 로젠버거는 말했다. 물이 데이터센터의 장비로부터 물을 흡수하면 복귀할 때 화씨95도(섭씨 35도)의 온도에 도달하게 된다. 일반적으로 복귀하는 물의 온도는 55~65도(섭씨 12.7~18.3도) 정도다.

ASHRAE의 데이터센터를 위한 새로운 온도 지침 덕분에 공급 및 복귀하는 물의 설계 온도가 더 높아지면서 ACC7은 연중 70%는 ‘물의 순환을 통한 냉각’을 이용할 수 있을 것이다. 이는 버지니아의 습구 온도(wet-bulb temperatures)가 연중 70%는 냉각 타워와 열 교환기가 화씨70(섭씨 21도)의 냉각수를 생성하기에 충분하기 때문이다.

"디자인이 매우 다르며, 효율성을 중시하고 있다"고 로젠버거는 말했다.

한편, 사이러큐즈(Syracuse)의 그린 데이터센터(Green Data Center)는 다른 냉각기 채택을 추구하는데, 이 냉각기는 현장에서 발전을 위해 사용하는 천연가스 마이크로 터빈(microturbines)의 폐열을 이용하고 있다. 이 화씨585(섭씨 307도)의 터빈 배기가스는 흡수 냉각기로 보내진다. 배기가스는 브롬화리튬(lithium bromide) 용액을 다시 농축하고 수증기를 방출시키며, 이 수증기가 냉각 타워에서 다시 응결된다고 사이러큐즈가 말했다.

일반적으로 이슬점 이상인 화씨60(섭씨 15.5도)로 유지되는 냉각수가 데이터센터로 유입돼 서버 랙에 위치한 열 교환기의 배관을 따라 흐르게 된다. 쿨센트릭(Coolcentric) 후방 도어 열교환기 모델 SU는 18~24 kW(Killowatt)의 냉각 성능을 제공하며 프로토타입인 사이드카 모델은 30 kW를 기록했다. 그린 데이터센터는 56개의 후방 도어 및 5개의 사이드카 열 교환기를 사용하고 있다고 시도어는 말했다.

시도어는 이런 냉각 과정이 데이터센터가 컴퓨터실 공기 조화기 주변에서 흐르는 공기에만 의존하지 않는다는 것을 의미한다고 말했다. 그는 여전히 습도 관리와 데이터센터 내에서 일하는 사람들의 편의를 위해 공기 조절장치를 사용하고 있다고 설명했다.

사이러큐즈는 그린 데이터센터를 위해 IBM 및 NYSERDA(New York State Energy Research and Development Authority)와 협력했다.