에너지 절감 노력 지속

그동안 데이터센터는 많은 전기를 소모하는 만큼, 환경 친화적인 산업이라 하기에는 무리가 따른다. 더욱이 수십 MW급의 전력을 소모하는 하이퍼스케일 데이터센터가 늘어나는 것은 에너지 이용량 측면에서 그리 반길 일만은 아니기도 하다. 그러나 점차 ESG 경영이 전 세계 화두로 떠오르면서 업계에서는 최대한의 효율로 데이터센터를 운영함으로써 탄소 배출을 줄이기 위한 노력을 기울이고 있다.

데이터센터 에너지 효율을 가늠하는 척도는 전력사용효율(PUE: Power Usage Effectiveness)이 일반적이다. 이는 데이터센터 소모하는 전기가 IT 장비에 최대한 할당하도록 하고, 그 외 부수적인 냉방, 공조 등은 최대로 낮춰 불필요한 전력 소모를 줄이기 위한 척도이기도 하다.

이를 계산하는 방법은 데이터센터에 드는 총 전력을 IT 전력으로 나누는 것으로, 가장 이상적인 수치는 ‘1’이다. 그러나 IT 장비에서 발생하는 발열 등을 억제하기 위해 냉각 등이 필요한 만큼 ‘1’이 되기는 무척 어려우며, 최근 국내에 구축되는 데이터센터들은 1.3~1.4 정도의 수치가 대부분이다.

이에 많은 데이터센터에서 에너지 절감을 위한 방안에 대해 고민하고 있다. 노후된 IT 장비를 에너지 효율이 좋은 제품으로 전환하는가 하면, 외부 공기나 물을 이용해 별도의 냉방장치를 가동하지 않고도 데이터센터 온도를 낮추려 노력하고 있다.

스웨덴 북부에 위치한 페이스북의 데이터센터는 알래스카와 비슷한 서늘한 기후를 가지고 있는 지역의 차가운 공기로 데이터센터 내의 열을 효과적으로 식힘으로써 냉각 시스템의 운영 비용을 절감하고 있다. 또 마이크로소프트는 컨테이너 형태의 데이터센터를 해저에 설치, 운영하는 ‘나틱 프로젝트’ 실험을 진행해 해저 데이터센터의 에너지 지속가능성을 확인하기도 했다.

• 가상화로 운영 장비 효율 높여

데이터센터는 각종 온라인 서비스가 안정적으로 제공될 수 있도록 하고자 서버, 스토리지 등 다양한 IT 장비들이 24시간 365일 무중단으로 운영될 수 있도록 많은 노력을 기울이고 있으며, 그로 인해 전원 유지와 설비 냉방에 사용되는 에너지는 점차 커지고 있다. 한국데이터센터연합회 보고서에 의하면 국내 상업용 데이터센터 IT 전력 공급 가능량은 지난해 398MW에서 2024년에는 902MW로 2배 이상 증가할 것으로 예상된다. 전력 공급에 대한 논의를 하지 않을 수 없는 수준이다.

이에 데이터센터에서는 전기 사용량을 줄이고 비용을 낮추기 위한 방법을 모색하고 있다. 우선 데이터센터에서 사용되는 에너지 유형을 살펴보면 약 60%가 IT 장비 전력 공급에 활용되고 있으며, 나머지 40%가량이 냉방에 활용되고 있다.

에너지의 가장 많은 양이 IT 장비에 투입되는 만큼 거기에서 전력을 줄일 수 있는 방법을 모색하는 것이 첫 번째다. 그렇다고 다짜고짜 사용 중인 IT 장비를 폐기할 수도 없기 때문에 에너지 효율성이 높은 IT 장비를 도입하는 것이 최선이라 할 수 있다.

그 대안으로 여겨지는 것이 서버 가상화다. 물리적인 장비 수를 줄이는 대신 가상화를 활용해 그만큼의 전력 사용량을 줄이는 방안이 가장 효과적인 대안으로 여겨진다. 최근 IT 장비들의 성능이 높아짐에 따라 서비스에 활용되는 장비 사용량이 높지 않은 문제 역시 가상화를 통해 해결할 수 있다는 것도 큰 장점이다.

• 적절한 온/습도 유지

이후 고려해야 할 것은 냉방이다. 데이터센터 전기 사용량의 두 번째에 해당하는 냉방 효율을 높이는 것도 에너지 사용을 절감할 수 있는 부분에 해당한다.

중요한 것은 데이터센터 내 IT 장비 운영 공간을 밀폐된 상태로 유지시킴으로써 외기로부터 분리하는 것이다. 북유럽 등 서늘한 곳에서는 냉방 대신 외기를 활용하기도 하지만, 우리나라에서는 여름철 고온다습한 기후와 더불어 황사나 미세먼지, 꽃가루 등으로 인해 외기를 활용하기 어렵기 때문에 밀폐시켜 안정적인 냉방이 이어질 수 있도록 하는 것이 필요하다.

밀폐는 적절한 습도 유지를 위해서도 중요하다. 밀폐가 제대로 되지 않으면 습도가 낮아지거나 높아져 각종 IT 장비에 손상을 일으키거나 운영에 악영향을 끼칠 수 있을 뿐만 아니라 데이터센터의 효율적인 냉방이 이뤄지지 않을 수도 있다.

• 송풍 경로 확보

밀폐 이후 다음 단계는 송풍 경로를 확보하는 것이다. 과거에는 데이터센터의 랙들이 같은 방향으로 정렬돼 배치됐지만, 오늘날 제조되는 대부분의 장비는 전면을 통해 공기를 끌어들이고 뒤쪽에서 배출하도록 설계돼 있다. 따라서 랙을 열기 통로(Hot Aisle)와 냉기 통로(Cold Aisle) 구성 방식으로 배열해야 한다.

전미공조학회(ASHRAE TC 9.9)에서 발행한 ‘데이터 처리 환경을 위한 온도 지침서’에서는 랙들을 서로 마주 보게 배열하고, 마주본 랙들의 전면에서 냉기 통로의 찬 공기를 끌어들여서, 열기 통로의 랙 후면으로 배출한다.

이때 항온항습기는 공기이동을 줄이고 더운 공기가 공조기로 복귀할 때 찬 공기에 끌려 내려가지 않도록 항상 열기 통로에 수직으로 배치해야 냉방의 효율성이 커진다.

• 수랭식 설비 활용

외기냉수냉방 방식은 데이터센터의 가장 고전적인 에너지 절약기법으로 외기의 온도가 낮을 때 실외기(공랭식)나 냉각탑(수랭식)을 이용해 냉각한 냉수를 항온기로 공급하는 방식이다. 공랭식 칠러나 드라이쿨러 같은 경우는 열의 제거를 위해 건구온도를 고려해 설계하고, 수랭식 칠러는 습구 온도를 고려해 계획한다.

일반적으로 외기냉수냉방 시 건구온도만을 고려해 시스템을 계획하기는 어려우나, 추운 지역과 같은 경우 동파의 우려가 있어 건구온도를 기반으로 시스템을 계획하는 것이 타당하다.

최근에는 개방형 냉각탑을 사용해 그 효율을 증대시키고 있다. 외기냉수냉방은 서울 기후 기준으로 습구온도가 7℃ 이하일 때 사용이 가능하고, 연간 15% 이상의 에너지 절감효과가 있다. 외기냉방과 동일하게 실내조건 등이 완화되면 그 효과는 증가한다.

통합 관리 솔루션 활용 증대

데이터센터의 에너지 사용량을 절감하기 위해서는 효율성 높은 IT 장비를 활용하고 냉방 효율을 높이는 등의 활동이 필요하지만, 이 모든 것들을 사람이 일일이 하기는 어렵다. 이에 데이터센터 설비 업계에서는 AI 등을 활용해 통합 관리할 수 있는 솔루션들을 시장에 선보이고 있다.

슈나이더일렉트릭은 데이터센터를 운영하는데 소모되는 에너지를 절감하고 PUE까지 낮출 수 있는 솔루션을 제시한다. 다수의 데이터센터가 미국공조냉동공학회(ASHRE)에서 권장하는 18~27°C 보다 낮은 온도로 데이터센터를 운영하고 있는데, 지속적으로 낮은 온도를 유지하기 위해서는 많은 에너지를 소모하기 때문에 에너지 효율이 떨어지고 운영 비용이 증가한다.

그러나 데이터센터 서버에 공급되는 쿨링의 온도를 1°C만 올리더라도 전체 에너지 비용의 4%를 절감할 수 있다.

슈나이더일렉트릭의 DCIM(Data Center Infrastructure Management) 솔루션은 데이터센터의 인프라 전력, 쿨링, 랙 공간 확보, 자산 관리 등에 유용하다. 이를 통해 데이터센터의 가시성과 통합 관리 인프라를 실현한다.

특히 온도를 조절하는 항온항습 및 쿨링 시스템을 관리하는 슈나이더 일렉트릭의 쿨링 옵티마이즈(Cooling Optimize)는 지그비 센서를 이용한 데이터센터의 IT 부하에 따른 쿨링 적용 방식으로, 모든 항온항습기에 적용이 가능하며, AI 기반의 머신러닝을 통해서 AI가 스스로 학습하고, IT 부하에 따라 쿨링의 온오프 설정 및 팬 스피드를 조절해 최대 98%까지 핫스팟을 제거할 수 있다.

기존 다수의 데이터센터 쿨링 장비 운전방식은 23℃ 설정온도에 팬속도 85~100%로 모든 쿨링 장비가 동일한 기준으로 운영되는 반면 쿨링 옵티마이즈 솔루션을 적용하면 AI 기반 IT 장비 콜드(Cold) 존의 실시간 온도 변화에 따라 최적화된 쿨링 용량으로 조절할 수 있다.

슈나이더일렉트릭의 DCIM 솔루션을 통해 기업들은 에너지 효율화를 달성하고 ESG 요소를 고려한 의사결정으로 기업의 신뢰도 제고 및 비용 절감까지 하게 되는 일석이조의 효과를 볼 수 있다.

슈나이더일렉트릭의 쿨링 옵티마이즈 솔루션을 통해 일본 통신사의 데이터센터 2곳은 연간 7억 쿨링 에너지를 절감했고, 미국의 통신사는 24개의 데이터센터에 해당 솔루션을 도입해 연간 5500만 kWh를 절감했다. 뿐만 아니라 국내 대기업 데이터센터 및 대형 IDC에도 적용돼 에너지 절감 효과를 입증했다.