온도 체인

Temperature chaining

온도 체인은 온도, 열 또는 에너지 체인 또는 계단식 체인을 의미할 수 있다.[1]

온도 체인은 아스페리타스가[3] 미래의 데이터 센터에 대한 비전의 일환으로 맨체스터의 데이터 센터 변환에서[2] 새로운 개념으로 소개되었다.[4] 데이터 센터의 전기 소비량을 사용 가능한 열로 변환하는 방법이다. 이 개념은 데이터 센터의 물 기반 냉각 회로에서 높은 온도 차이를 만드는 것에 기초한다. 전제는 데이터센터의 모든 시스템이 서로 다른 온도에서 여러 단계로 나뉘는 공유수 기반시설을 구비할 수 있다는 것이다. 다른 온도는 단일 병렬 회로와 반대로 직렬 냉각 설정에서 온도 공차가 다른 서로 다른 액체 냉각 기술을 설정함으로써 달성된다. 이것은 낮은 수량과 높은 온도 차이를 만들어낸다. 이는 재이용자에게 일정한 온도의 물을 공급할 수 있는 데이터 센터 환경을 만들어 전기 에너지 소비자에서 열 에너지 생산자로 시설을 변화시킨다.

역사

온도 또는 에너지 체인은 유압 설계가 리턴 루프와 직렬 히터를 허용하는 난방 시스템에 적용된다.[5]

온도 체인 원리는 계단식 회로를 채택하는 냉동 시스템에도 사용된다.[6][7]

암스테르담 경제위원회는 융통성을 높이고 지역 네트워크를 미래 입증하기 위해 열 계단식 열처리 방식을 채택할 4세대 지역 난방 네트워크를 발표했다.[8]

데이터 센터 내에서 중요한 IT 부하에 대한 전통적인 접근 방식은 냉각이다. 온도 체인은 IT가 발열원이라는 기본 전제 위에서 작동한다. 이 열을 추수하기 위해 액체 냉각이 사용되어 데이터 센터에 유압 난방 설계를[5] 적용할 수 있다.

데이터 센터의 액체 냉각 인프라

데이터 센터에 물을 도입하는 것은 목적에 맞게 구축된 설정 내에서 가장 유익하다. 즉, 데이터센터 설계의 초점은 모든 열 에너지를 물로 흡수하는 것이어야 한다. 이는 데이터 센터의 종류에 관계없이 서로 다른 액체 기반 기술이 공존하여 데이터 센터와 플랫폼 서비스의 전 범위를 허용하는 하이브리드 환경을 필요로 한다.

데이터 센터에 액체 냉각된 IT를 채택함으로써 데이터 센터 설치 공간을 보다 효과적으로 활용하거나 줄일 수 있다. 즉, 기존 설비를 더 많은 IT가 가능하도록 더 잘 활용할 수 있다.

액체의 열용량이 높아짐에 따라 IT 환경의 밀도가 높아지고 IT 용량이 커진다. 대부분의 액체 기술에서는 IT 자체가 더 효율적이 된다. 이는 IT 섀시 내의 공기 취급에 대한 의존도가 감소하거나 제거되었기 때문이다. 개별 구성요소는 더 효과적으로 냉각되므로 더 많은 양의 에너지를 사용하여 서로 더 가까이 사용할 수 있다. 액체가 IT 공간에 침투하면 내부 팬이 줄어들거나 완전히 제거돼 에너지를 절약한다. 이것은 또한 설비 내의 비상 전원 요건을 감소시킨다.

유동 데이터 센터 기술

액체 냉각 기술은 대략 네 가지 다른 범주로 나눌 수 있다: 방에서의 냉각, 랙 또는 칩 레벨에서의 냉각, 그리고 몰입.

컴퓨터실 에어컨 또는 공기 처리기(CRAC/CRAH)는 수냉할 수 있다.

간접 액체 냉각(ILC)[9]은 (능동적인) 리어 도어 또는 열 교환기가 있는 수냉식 랙을 포함한다. 액티브 리어 도어의 이점은 공기 냉각된 IT의 모든 열이 랙을 떠날 때 즉시 물 회로에 흡수되어 CRAC가 필요하지 않고 부분 ILC 구현에서도 필요 없다는 것이다. 이것은 냉각 시스템을 매우 효율적으로 만들고, 환기를 지원함으로써 IT 자체에 제한된 효율을 지원한다.

DLC([10]Direct Liquid Cooling)는 기존의 열제거원 대신 칩에 직접 탑재되는 콜드 플레이트와 펌프를 결합한 전용 냉각기로 IT의 일부를 효과적으로 냉각시킨다. 이것은 팬 에너지의 감소로 인해 IT측에서 에너지 효율을 발생시킨다. 비록 물 회로가 섀시 내부의 가장 큰 열원으로부터 모든 열을 흡수하지만, 이 접근방식은 여전히 CRAC 유닛 또는 ILC와의 결합을 필요로 할 수 있다.

TLC([11]Total Liquid Cooling)는 IT 부품을 완전히 액체에 담근다. 에너지 손실이 거의 없으며 IT 장비는 매우 에너지 효율적이어서 IT가 사용하는 운동 에너지(팬)를 제거한다. 물은 전기를 전도하기 때문에 열의 강제적 또는 대류적 전달이 필요한 중간 유전 물질이 필요하다. 이 유전체는 석유나 화학적으로 기초할 수 있다. 인프라와 전력 이점은 이 접근방식으로 극대화되며 에너지 설치 공간은 완전히 최적화된다.

모두를 위한 하나의 솔루션이라는 것은 없기 때문에, 어떤 플랫폼도 그것의 다른 요소들에 대한 최적의 기술로 설계되어야 한다. 따라서 플랫폼의 각 부분은 최적화된 기술의 혼합으로 설정되어야 한다. 예를 들어, 저장 환경은 낮은 에너지 생산과 움직이는 부품에 대한 공통 의존성 때문에 액체로 직접 냉각하기에 가장 적합하지 않다. 이것들은 수냉식 선반에 설치할 수 있다. 최소한의 유지보수가 필요한 대량의 서버는 Total Liquid Cooling 환경에서 가장 잘 배치될 수 있다. 지속적인 물리적 액세스가 필요한 다양한 특수 서버 시스템은 Direct Liquid Cooled 환경에 가장 잘 위치한다.

온도 체인 시나리오에서 적용되기 전에 각 기술의 전제조건은 자체 냉각 인프라에 대한 제어 수준(PLC에 의한 제어 수준)과 피팅 및 액체 호환성의 측면에서 호환성이다.

온도 체인

Example of temperature chaining in a datacentre

하이브리드 모델을 채택함으로써 시스템은 온도가 다른 냉각 회로의 다른 부분에 연결될 수 있다. 액체 기술마다 온도 공차가 다르다. 특히 액체가 섀시를 관통하는 경우에는 온도의 안정성이 크게 염려되지 않는다. 따라서 냉각 회로 내 온도에서 다단계 상승이 가능하도록 최적화된 공차 순서에 따라 서로 다른 기술을 설정할 수 있다.

이것은 물 인프라가 세분화됨을 의미한다. 병렬 인프라에서 각 냉각설비를 공급하지 않고, 다른 기술이나 인프라의 다른 부분의 인렛은 인프라의 다른 부분의 리턴 회로에 연결된다. 본질적으로 액체 냉각 랙의 출력은 냉각 설비에 연결되지 않고 다른 유형의 액체 냉각 환경에 연결되어야 한다. 더 큰 환경에서 분할된 액체 회로를 결합함으로써 매우 높은 복귀 온도를 달성할 수 있으며, 이는 열 에너지의 실용적이고 효과적인 재사용을 가능하게 하고 대규모 열 재사용을 실현 가능한 옵션으로 만드는데 필요한 투자를 감소시킨다.

서로 다른 액체 기술들은 온도 레벨에 따라 적용될 수 있다. 정상적인 최적화 환경과 솔루션과 IT 장비가 고온 작동에 보다 적합하거나 전문화된 "극한" 환경 사이에는 차이가 있다.

다양한 기술에 대한 온도 공차 예제
기술 흡입구 범위 출구 범위 최대 델타/랙
정상 익스트림 정상 익스트림
CRAC(일반) 6-18 °C 21°C 12~25℃ 30°C 해당 없음
ILC(U-시스템) 18-23°C 섭씨 28도 23-28°C 섭씨 32도 섭씨 12도
DLC(Asetek) 18-45°C 45°C 24-55°C 섭씨 65도 15°C
TLC(Asperitas) 18-40°C 55°C 22-48°C 섭씨 65도 10°C

액체 온도 체인은 온도 범위가 다른 중간 냉각 회로를 채택하여 구현할 수 있다. 분할된 환경은 공급 및 리턴 루프, 혼합 밸브 및 버퍼 탱크와 연결하여 각 개별 세그먼트의 리턴 온도와 볼륨을 안정화 및 최적화할 수 있다.

이 전략의 주요 장점은 냉각 회로 내 온도 차이(dT)가 급격하게 증가할 수 있다는 점이다. 이것은 설비에 필요한 액체의 양을 줄이고 냉각 오버헤드 설비를 감소시킨다.

결국 큰 dT는 큰 물에서 작은 dT보다 작은 물에서 식히는 것이 훨씬 효율적이다.

열 재사용 인프라 예

이 예는 온도 체인의 개념과 다양한 액체 기술이 이 개념에 어떻게 부합할 수 있는지를 설명하기 위해 최적화된 액체 인프라에 대한 통찰력만 제공한다. 단순화를 위해 요약된 중복 시나리오는 없다. 서로 다른 단계에서 체적 및 압력 측면을 다루는 리턴 루프, 버퍼 탱크 및 중간 펌프는 상세하지 않다.

개방 회로 열 재사용 인프라는 지금까지 가장 지속 가능한 인프라다. 이러한 상황에서 데이터 센터는 일정 온도의 물을 공급받고 IT 장비에 의해 발생하는 모든 열은 이 물 회로로 다른 사용자에게 전달된다. 이는 시설물이 열을 거부하는 것뿐만 아니라 열을 함유한 물도 외부 당사자가 데워진 액체를 운반하고 사용할 수 있도록 하는 것을 의미한다. 이것은 냉각 설비의 완전한 부족을 초래하고 데이터 센터는 효과적으로 대형 온수기와 같은 역할을 한다. 물은 데이터 센터로 흘러들어와 고온에서 나온다.

이 설정의 ILC 랙은 전체 실내 온도를 유지하고 DLC 및 TLC 환경에서 발생하는 모든 열 에너지 누출을 흡수하는 공기 핸들러 역할을 효과적으로 수행한다.

Temperature chaining concept for heat reuse
열 재사용을 위한 온도 체인 개념

마이크로 인프라 예

Micro datacentre temperature chaining for reuse
재사용할 수 있는 마이크로 데이터 센터 온도 체인

작은 발자국에서 온도 체인은 혼합 밸브와 완충 탱크로 작은 물 회로를 만들어 얻을 수 있다. 이를 통해 액체 설치물의 출력을 냉각 입력으로 다시 전달하여 냉각 회로를 점진적으로 증가시키고 일정한 높은 출력 온도를 달성할 수 있다. 비록 이것이 다단계 접근법은 아니지만, 일정한 입력 또는 출력 온도를 달성하기 위한 공통적이고 잘 입증된 관행이다.

이 접근방식의 장점은 건조 냉각 설비에 공통적인 가변 입력 온도와의 호환성이다.

참조

  1. ^ "Cascaderen – DatacenterWorks". datacenterworks.nl (in Dutch). Retrieved 2018-02-12.
  2. ^ Communications, Angel Business. "DATACENTRE TRANSFORMATION MANCHESTER". www.dtmanchester.com. Retrieved 2017-07-25.
  3. ^ "Asperitas". asperitas.com. Retrieved 2017-07-25.
  4. ^ "The datacentre of the future by Asperitas – Asperitas". asperitas.com. Retrieved 2017-07-25.
  5. ^ a b "Hydraulics in building systems". Siemens. 2017-07-04.
  6. ^ 1973년 5월 22일 발행된 미국 3733845, 리버만, 다니엘, "CASCADED MICICIRCOUT, MUTIREFIERANT 냉동 시스템"
  7. ^ US 7765827, Schlom, Leslie A. & Becwar, Andrew J, "다단계 하이브리드 증발 냉각 시스템" 2010년 8월 3일 발행
  8. ^ AmsterdamEconomicBoard (2016-02-22). "Presentatie 4TH GENERATION THERMAL NETWORKS AND THERMAL CASCADING". {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  9. ^ "ColdLogik Rear of Cabinet Cooling Solution USystems". www.usystems.co.uk. Retrieved 2017-07-25.
  10. ^ "Data Center, Server, and PC Liquid Cooling - Asetek". www.asetek.com. Retrieved 2017-07-25.
  11. ^ "AIC24 – Asperitas". asperitas.com. Retrieved 2017-07-25.