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'데이터센터', 친환경 기술로 에너지 절약에 동참하다!

2015.08.24 09:28

데이터센터는 서버, N/W 전산 장비 등의 IT 인프라 시스템 운영에 최적화된 전용 건물입니다. 전기, 공조, 소방 및 재난/재해에 대비한 기반 설비를 갖추고, 상시 안정된 환경으로 24시간 365일 서비스를 제공하는 곳이라고 할 수 있죠. 


그런데 이러한 데이터센터에도 친환경 기술이 필요하다고 하는데요. 과연 그 이유는 무엇일까요? 지금부터 함께 알아보겠습니다. 


<LG CNS 부산 글로벌 클라우드 데이터센터 전경>


앞서 언급했지만 데이터센터는 24시간 365일 서비스를 제공하는 곳입니다. 따라서 엄청난 양의전기를 사용하고 있는데요. 이것이 바로 데이터센터에 친환경 기술이 필요한 이유입니다. 


데이터센터 내부에는 각 개인별로 사용하는 개인용 PC가 아닌 수천 명 수만 명이 동시에 사용할 수 있는 엄청난 규모의 컴퓨터들이 각 용도별로 설치되어 있습니다. 그로 인해 막대한 전력이 사용되는 것이죠. 


뿐만 아니라 전산실의 각 서버에서 나오는 뜨거운 열기를 식히기 위한 냉방 장치도 별도로 설치되어 있는데요. 이 냉방장치 운영에도 서버만큼이나 대량의 전기가 필요합니다. 따라서 대형 데이터센터 하나를 운영하려면 같은 기간 일반 가정집 1만 가구가 소비하는 것과 동일한 양의 전력량이 있어야 합니다. 


그렇다면 데이터센터의 각 요소별 전력 사용량은 어떻게 될까요? 우선 건물 수전 용량이 20,000kW이고 이것을 기준으로 한다면, 실제 사용할 수 있는 전체 전력량은 약 13,000kW 정도 되는데요. 이 중에서도 IT 인프라가 사용하는 전력은 평균 50%인 6,500kW이며, 냉방에 소모되는 전력은 약 5,500kW 정도입니다.  


그 외 1,000kW 정도는 사무실 등 공용 구역의 전력 사용량으로 볼 수 있는데요. 실제 13,000kW에 해당하는 연간 전기료를 따져 보면 약 110억 정도로, 엄청난 전기 사용량과 전기료를 지출하고 있다고 할 수 있습니다. 이러한 이유로 데이터센터는 ‘전기먹는 하마’로 비유되기도 하는데요. 기업 측면에서 본다면 운영비가 부담이 되는 것이 사실입니다.  


그러나 실제 상황은 좀 다릅니다. 대부분의 데이터센터는 여러 기업들이 함께 이용(Share)하고 있기 때문이죠. 만약 기업들이 각기 별도의 데이터센터를 소유/운영한다면 전산 장비의 수량이 늘어나게 되고, 이에 대한 냉방설비가 증가하여 더 많은 전기를 사용하게 될 텐데요. 따라서, 기업들이 대형 데이터센터를 이용하여 기업들의 자원을 최적화하고, 통합적으로 관리하면서 전력 사용량을 줄이고 있는 것입니다.   


또한 데이터센터가 소모하는 전력의 추가 생산을 위해 수력•풍력 발전, 태양광 등을 이용하거나, 전산실 냉각에 소모되는 전력을 줄이려고 강물의 심층수를 냉각수로 이용하는 방법 등도 활용되고 있는데요. 사실 이런 방법들은 큰 효과를 기대할 수는 없는 상황입니다.   


특히 태양광이나 풍력의 경우는 대량의 면적과 투자비가 수반되며, 투자 회수 시간도 약 40년 이상이 예상되는 실정인데요. 따라서 현재 데이터센터에 소비되는 에너지 절감을 위해서는 외기공조를 개선하여 소비 전력을 줄이거나 냉방 최적화 운영 방법을 수행하는 것이 최선이라고 할 수 있습니다.   


수년 전부터 글로벌 기업의 데이터센터들은 다양한 방법을 활용하며 에너지 소비를 줄이기 위해 노력하고 있습니다. 대표적으로 구글, 페이스북, 마이크로소프트사 등이 있으며, 실제로 이들은 상당량의 전기를 절약하고 있죠. 


또한 전력 소비를 줄이기 위한 글로벌 기업들의 대표적인 친환경 기술로는 차가운 외부 바람을 이용하여 전산실 내부 온도를 냉각하는 ‘외기공조 방식’이 있습니다.

 

● 외기공조

외부의 찬바람을 이용하여 서버실 온도를 냉각하는 방식으로, 외부 기온이 약 13℃에서 영하로 떨어지게 되면 전산실 내부의 서버 발열량과 혼합하여 상시 적정 온도를 공급하는 구조


<페이스북의 외기공조 시스템>


외기공조 방식에 대한 세부 내용을 조금 더 살펴보면 다음과 같은데요. 우리가 보통 전산 장비를 안정적으로 운영할 수 있는 전산실의 평균 온도는 22~25℃입니다. 따라서 외부 온도가 20℃ 이하가 될 경우, 외부 공기를 유입하여 올라간 전산실의 온도를 낮추는 것이죠. 외기공조를 하게 되면 냉방기 가동을 중단하고 외부 공기를 유입하는 팬만 가동하기 때문에 대량의 전력 소비를 줄일 수 있습니다.   


예를 들어 20R/T[각주:1] 항온 항습기는 평균 22Kw/h의 전력을 사용하는데요. 외기공조를 하게 되면 팬 전력 약 5Kw/h만으로도 가동되므로 약 17kW/h의 전력을 절약할 수 있게 되는 것입니다. 만약 대형 데이터센터에 항온 항습기 약 100대가 있다면 전력 1,700kW/h, 연간 14,892,000kW/h의 전력 소비량이 감소하는 것이죠. 이것을 전기 요금으로 환산해 보면 약 15억 원 정도입니다. 


글로벌 기업들은 이러한 공조 기술을 수년 전부터 이용하고 있습니다. 그리고 이것은 국내 대형 데이터센터에도 점차 확산되고 있는 추세인데요. 글로벌 기업들이 위치한 데이터센터의 경우, 대부분 북반구에 위치하고 있습니다. 따라서 하절기에도 외기 온도가 25℃를 넘지 않아서 1년 내내 외기공조를 이용하여 냉방 전력을 절감할 수 있죠. 반면 우리나라는 봄/여름/가을이 있어 실제로 외기공조를 할 수 있는 기간은 약 5~6개월 정도인 것이 아쉬운 점으로 꼽힙니다. 


국내의 전력 사용량 증가로 인한 전력난과 전기 요금의 지속적인 증가에 대한 극복 방안을 찾기 위해 LG CNS의 데이터센터도 많은 노력을 기울이고 있습니다.  


<Built-Up 외기냉방 시스템>


그 결과 데이터센터에 설치된 외기공조 시스템 개선 방안을 연구한 끝에 획기적인 아이디어를 제안했는데요. 약 1년 6개월 동안 설계와 목업(Mock-up) 테스트를 통해 부산 글로벌 클라우드 데이터센터에 국내 최초의 신기술 개념 ‘빌트업(Built-Up) 외기냉방 시스템’을 구축하게 되었습니다. 


'Built-Up 외기냉방 시스템'의 운전 방식은 다음의 3가지로 구분할 수 있는데요. 그 내용은 다음과 같습니다. 


<외기냉방 3단계 운전 방식>


1. 전외기 모드: 외기온도가 13~20℃일 경우, 냉방 장치를 중단하고 전체 외기를 공급하는 방식

2. 혼합 모드: 외기온도가 13℃ 이하에서 영하일 경우, 온도가 너무 낮으므로 전산실 내부의 뜨거운 바람과 혼합하여 정상 온도를 공급하는 방식

3. 순환 모드: 외기온도가 20℃ 이상일 경우, 외기공조를 할 수 없기 때문에 외기를 차단하고 냉방 장치를 가동하는 냉방 모드로 운전하는 방식 


Built-Up 외기냉방 시스템은 페이스북의 외기공조와 원리는 유사하지만, 국내 최초로 기존 5~6개월이었던 외기공조 가동 기간을 약 8개월까지 연장한 점이 가장 큰 성과라고 할 수 있는데요. 항온 항습기 100대를 기준으로 했을 때, 추가 가동할 수 있게 된 3개월 동안의 전력 사용량을 시간당 1,700Kw 줄일 수 있습니다. 즉 3,733,200kWh 전력량과 전기료 약 3.8억의 추가 절감이 가능하게 된 것입니다. 


게다가 공기의 흐름을 극대화하기 위해 별도의 풍도, 즉 굴뚝을 만들었는데요. 이는 전산실 내부의 뜨거워진 공기를 보다 빠르고 효과적으로 외부로 배출할 수 있게 해 주는 역할을 합니다. 


그리고 이와 같은 친환경 기술을 인정받아 2014년 5월에는 전세계 데이터센터를 평가하고 인증하는 업타임 인스티튜트(Uptime Institute)의 글로벌 데이터센터 최고 권위상인 '브릴 어워즈(Brill Awards)'를 수상하기도 하였습니다. 


<그린 데이터센터 인증서 및 브릴 어워즈(Brill Awards) 상패>


뿐만 아니라 2014년 12월에 시행된 그린 데이터센터 인증[각주:2]에서 국내 최저 전력 효율 지수 PUE 1.39로 최고 등급인 에이 트리플 플러스(A+++) 인증을 획득했습니다. 


하지만 건립 후 오랜 시간이 지난 데이터센터에 친환경 기술을 접목시키는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 우선 기존 시스템이 가동 중이므로 공조 설비를 전환하는 동안에도 상시 냉방이 공급되어야 하기 때문이죠. 또한 공기의 흐름이 바뀌게 되면 일부 지역의 온도가 급상승하게 되는 상황 또한 미연에 방지해야 하는 등 고난이도 기술이 필요합니다.  

  

LG CNS는 Built-Up 냉방 시스템의 자체 기술력을 적용하여 자사의 초기 데이터센터인 인천 센터(‘92년 준공)에 기존 소규모로 가동 중이던 외기공조를 제거하고 Built-Up 냉방 시스템을 도입하였습니다. 


전환 당시 시스템을 운영 중인 상황이라 공사에 어려움은 있었으나 약 6개월 간의 전환 공사를 마치고, Built-Up 냉방 시스템을 1년 동안 가동했습니다. 그 결과 기존에는 3~4개월 동안 외기공조를 이용했다면, 이제는 10월~5월까지 약 7개월 동안 외기공조를 도입할 수 있게 되었는데요. 이는 시간당 냉방 전력 약 250kW를 절감하는 효과를 거두고 있습니다. 


지금까지 데이터센터에 친환경 기술이 필요한 이유와 더불어 실제 적용된 사례들을 살펴보았는데요. 앞서도 언급했지만 LG CNS 역시 운영 최적화와 더불어 친환경 및 에너지를 절감할 수 있는 신기술을 개발하고 그것의 확산을 위해 지속적으로 노력하고 있습니다. 앞으로의 지속적인 발전을 기대해 주십시오. 


글 ㅣ LG CNS 인프라서비스부문



  1. RT는 에어컨 등의 냉동능력을 말하는 것으로, 1RT는 섭씨 0도 물 1톤을 0도 얼음으로 하루 동안 만들 수있는 냉동능력을 의미함 [본문으로]
  2. 그린 데이터센터 인증은 한국 IT 서비스 산업 협회가 매년 실시하는 데이터센터 인증 평가제로 전력 효율 지수와 에너지 절감 활동에 따라 인증을 부여함 [본문으로]
Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS

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