데이터센터의 전산 처리건수와 PUE를 이용한 에너지 성능 평가

Abstract

데이터센터는 IT장비 운영환경을 최적의 상태로 유지시키는 것이 최우선인 건물로서 그로인한 많은 에너지소비 및 공조효율 저하가 문제가 되어왔다. 최선의 방안은 온도를 낮추기 위해 사용되는 서버냉각 에너지를 줄이는 것이다. 본 연구에서 데이터센터에 현재 사용되고 있는 냉방시스템의 에너지 소비량을 분석, 전력효율지수인 PUE(Power Usage Effectiveness)를 계산하고, 외기냉방 시스템 도입시 전력에너지 개선효과가 어느 정도인지 PUE 예측 결과를 통해 절감량을 비교 검토하여 경제적 효과에 관해 연구하였으며 구체적인 내용은 다음과 같다.

첫째, 현재 운영되고 있는 데이터센터를 선정하여 냉방시스템 구성방식을 검토하고 온라인 처리 현황, 데이터 사용 및 에너지 소비량 현황 등을 조사하여 에너지 소비와 데이터 처리현황의 상관관계를 분석했다. 둘째, 사례 대상 데이터센터의 전체 전력소비량 및 서버실의 내부 IT 장비의 전력소비량에 대한 효율지수 PUE를 측정하고 외기 도입 냉방시스템을 설정하여 외기도입으로 인한 전력소비량 및 PUE를 분석했다. 셋째, 기존 냉방시스템에 대해 외기도입 냉방시스템을 적용하여 냉방부하 절감효과를 분석, PUE 개선효과를 제시하고 데이터센터의 에너지 절감의 경제적 효과를 제시하였으며, 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.

본 연구의 대상 데이터센터는 전체 면적 중 93.7%를 전산실이 점유하고, 2013년 일평균 59,350천건의 뱅킹시스템이 처리된다. 뱅킹시스템 1건을 처리하는데 사용되는 전기요금과 사용량은 평균 0.1원, 0.98Wh 정도가 사용되는 것으로 분석되었으며, 뱅킹시스템 1건을 처리하는데 전기요금과 가스요금을 합산한 에너지 비용은 0.13원인 것으로 나타났다.

또한, 대상건물의 PUE 측정결과 2012년도의 전체 전기 사용으로 인한 월평균 전력은 2,091kW로 PUE는 1.41이며, 가스를 포함한 전체는 3,651kW인 것으로 나타났으며 PUE는 2.46로 분석되었다. 또한 2013년의 전체 전기 사용으로 인한 평균 전력은 2,576kW로 PUE는 1.69이며 가스를 포함한 전체는 3,194kW인 것으로 나타났으며 PUE는 2.09로 분석되었으며, IT 장비증설을 고려한 리모델링 시에 기존설비와 외기냉방시스템을 도입한 PUE 지수 분석 결과 외기냉방시스템 도입으로 PUE를 0.44 개선했으며 기존설비 대비 기계설비 소비전력을 46%절감하는 것으로 분석되었고 외기냉방시스템 및 Containment 도입으로 PUE를 0.52 개선했으며 기존설비 대비 기계설비 소비전력을 53% 절감하는 것으로 분석되었다. 또한 외기냉방시스템 도입 시 연간 5,909MWh의 전력량을 절감할 수 있으며 에너지 비용 약 6억3천만원이 절감되었고, 외기냉방 시스템과 Containment 도입시에는 연간 6,944MWh의 전력량을 절감하여 에너지 비용 약 7억4천만원이 절감되는 것으로 분석되었다.

본 연구와 같은 방법을 활용하면 기존 데이터센터에서도 현재 상태의 전기 및 가스사용량의 점검 및 PUE 분석을 통해 신축이나 리모델링 시 목표한 에너지 절감을 위한 외기냉방 시스템 도입을 적용하여 에너지비용 절감 및 정부 녹색정책에 부응하는 효과를 가져 올 수 있을 것으로 판단된다. 그러나, 외기냉방 도입 시 다양한 조합에 의한 검토가 필요하나 본 연구에서는 수냉식과 외기냉방 두 가지 조합만 고려된 것이 연구의 한계라고 볼 수 있다. 향후 동적 에너지 해석 프로그램을 이용한 정밀한 에너지 해석이 요구되며 냉방방식의 다양한 조합에 대한 연구가 동반된다면 데이터센터에 최적의 냉방시스템 방식을 적용하여 효과적으로 에너지절감을 할 수 있을 것으로 생각된다.