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데이터센터 냉각시스템의 공기분배방식에 따른 IT 공조환경 평가에 대한 실험적 연구
조진균(Jinkyun Cho),우제상(Jeasang Woo) 대한설비공학회 2020 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2020 No.6
The purpose of this study was to analyze the impact of hot-aisle containment (HAC) and cold-aisle containment (CAC) on the thermal management performance of a data center. Cooling is a constant concern for data centers. Not only is it required 24/7 to keep IT equipment within a ASHRAE recommended temperature range but it’s expensive. With raising awareness of data center cooling and its energy cost impact, the HAC or the CAC system is considered one of the most prominent techniques for IT environment control. This study is practice-based learning, investigated the IT environment of the HAC and CAC system in experimental measurements based on the inlet and outlet air temperature distribution of IT equipment. The HAC system at the SA temperature of 17℃ was compared to the CAC system at the SA temperature of 15℃. The results show that data center cooling system with the HAC system is more effective than CAC system at removing heat load of IT servers.
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CFD 기반 고밀도 데이터센터의 공기분배시스템 효율평가에 관한 비교연구
조진균(Jinkyun Cho),서원배(Wonbae Suh),우제상(Jesang Woo) 대한설비공학회 2020 설비공학 논문집 Vol.32 No.9
High energy costs and spiking energy consumption rates have forced data centers to rethink cooling strategies. Although traditional cooling approaches, such as perimeter cooling through a raised floor plenum, are prevalent, containment approaches are gaining significant inroads. Hot aisle containment (HAC) and cold aisle containment (CAC) can improve the efficiency of legacy data center cooling and the air distribution systems. While both solutions mitigate the air recirculation and bypass, there are operational differences in application that have significant results on IT environment conditions and the thermal performance of cooling. Based on the computational fluid dynamics (CFD), the purpose of this study was to investigate the thermal performance of an air distribution system as compared to the two HAC and the CAC. By using the CFD models, the simulation and analysis were performed, with a focus on comparing the inlet air temperature distribution of rack servers based on the ASHRAE guideline. The selection of the HAC over the CAC can improve 43.2% in cooling system efficiency, corresponding to 15.9% reduction in the recirculation ratio. This paper analyzes the methods and highlights why HAC appears as the preferred solution.
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룸 단위 및 구역 단위 공조·냉각시스템 적용에 따른 데이터센터 공조효율 개선에 관한 연구
조진균(Jinkyun Cho),박병용(Beungyong Park),정용대(Yongdae Jeong),우제상(Jesang Woo) 대한설비공학회 2018 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2018 No.11
Data centers have evolved significantly in recent years, row and rack-based cooling methods have been developed to address high density and variable density IT equipment. This paper describes room-based cooling methods and provides results of evaluation metrics on thermal performance by site measurement of IT environment. When the supply and return paths are uncontained, the result is that performance prediction and performance uniformity are poor, particularly as power density is increased. Room-based cooling is that the full rated capacity of the CRAC cannot be utilized. This condition occurs when a significant fraction of the air distribution pathways from the CRAC unit bypass the IT loads and return directly to the CRAC. Row-based cooling has a number of benefits cooling performance. Compared with the room-based cooling, the airflow paths are shorter and more clearly defined. Following works should be required for measuring thermal performance of row-based cooling.
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데이터센터 공조․냉각시스템 효율개선을 위한 실험적 연구 :룸 단위에서 구역 단위 공조․냉각방식 변경을 중심으로
조진균,박병용,정용대,김영팔,우제상 대한설비공학회 2019 설비공학 논문집 Vol.31 No.1
본 연구의 목적은 데이터센터의 IT환경 및 에너지사용 특성을 반영한 룸 단위 공조․냉각방식과 구역 단위공조․냉각방식의 운영효율을 비교측정 및 분석을 통하여 개선효과 제시를 위한 것이다. 데이터센터의특수성을 반영한 정량적인 평가지표를 사용하여 실증 대상 데이터센터의 룸 단위 냉각시스템을 구역 단위냉각시스템으로 변경하고, IT환경 등 현장측정과 그 결과를 성능지표에 적용하여 시스템 효율을 객관적으로비교하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 룸 단위의 공조․냉각방식은 공간 제약에 큰 영향을 받고 전력 밀도가 증가하는 경우, cold/hot aisle containment가 적용되지 않을 경우, IT서버룸 전체의 공조․냉각에 대한 균일한 성능유지가 힘든 반면에 구역 단위공조․냉각방식은 공조공기 이동 경로를 단축할 수 있기 때문에 냉각능력과 송풍동력을 줄이고 효율성을높일 수 있다. (2) 전력밀도가 높은 데이터센터(랙 당 5 kW 이상)를 증설 또는 신설하는 경우는 구역 단위 공조․냉각방식을적용하는 것이 유리하고 이중바닥 구조가 불필요하기 때문에 공간구성에도 융통성을 갖는 장점이 있다. (3) 중소규모 데이터센터를 대상으로 룸 단위 서버냉각 방식의 IT환경을 측정하였고 IT장비의 인입/배출 공기및 CRAC의 급기/환기 공기의 온도 및 습도를 기준으로 다양한 평가지표를 분석하였다. (4) 공조․냉각효율은 SHI, RHI, RCI, RTI 및 β의 6개 지표로 분석하였고 룸 단위 서버냉각 방식은 이동경로에서의 손실, 공조공기의 혼합과 공기유실의 비효율이 발생하였고 적정한 IT환경을 유지하기 위해 더많은 냉각에너지를 공급하는 비효율성이 큰 것으로 분석되었다. (5) Cold aisle과 hot aisle을 완전하게 구획한 구역 단위 공조․냉각효율은 룸 단위 서버냉각 방식에 비해 SHI/ RHI는 각각 37.1%와 20,0% 향상되었고 RTI는 73.2%, β 지표는 44.3% 개선효과가 있었다. (6) 향후, 급기온도 등을 변화 시키면서 공조․냉각 전력량 감소에 대한 민감도 분석의 후속 연구가 요구된다. 이는 급기온도의 변화에 따른 직접적인 냉각열량의 감소 효과 및 CRAC/H 유닛의 COP 향상 효과 등을구체적으로 제시하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 데이터센터 설계단계에서 IT서버룸의 구성에 따른 공조효율을 미리 평가하여 설계에 반영하는 것이 건립후 운영 중에 투입되는 막대한 에너지 비용을 방지할 수 있는 가장 중요한 선행업무이다. 고밀도 데이터센터의공조․냉각 에너지를 저감하기 위해 공조효율에 영향을 주는 운영요소와 각각의 영향도를 종합적이고 객관적인분석이 이루어진다면 룸 기반, 구역기반 나아가서 랙 기반의 상호 비교 검증한 공조성능 효율평가가 가능할것으로 사료된다. 국내에서는 공조, 에너지관리시스템, 모듈러 관련 데이터센터의 요소기술 중심으로 연구가지속적으로 진행되고 있으나, 데이터센터 운영․서비스 중심의 국내시장 특성 및 해외 기술과의 격차에 따른데이터센터 관련 장비의 외산 의존도의 극복과 요소기술이 상호 연계된 종합적인 통합 시스템 개발이 요구된다. 따라서 구역 단위 공조시스템은 궁극적으로 데이터센터의 신축 및 기축에 유연하게 직접 적용 가능한 모듈화된패키지 기술 제공이 필요하다. As server and IT equipment densities become more, the need for proper installation facilities is also becoming high. In addition to higher power supply density, cooling has become a major issue in data centers. This study evaluates two thermal performance strategies in data center cooling. The advantage of row-based cooling is that it is close to the hot spots, as opposed to room-based cooling systems where are losses in the air delivery path in the room. This paper examines IT environment (temperature and humidity distribution) and air distribution efficiency by field measurement of 6 performance indices. Row based cooling strategy was suggested, as it was found to be the more efficient in server cooling based on the observations and index evaluation results as compared to a room-based cooling system. Air management helps to reduce operating costs by enhancing economizer utilization and improving efficiency of the cooling system. Metrics play a significant role in providing performance indices of air management systems.
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