수열원 활용 ‘프리쿨링 공조시스템’ 데이터센터 냉각설비 효율 높인다
수열원 활용 ‘프리쿨링 공조시스템’ 데이터센터 냉각설비 효율 높인다
  • 김하늬 기자
  • 승인 2022.12.13 14:58
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[공학저널 김하늬 기자] 에너지 다소비 시설인 데이터센터(IDC)에 수열에너지원을 활용한 프리쿨링 공조시스템 적용을 통해 IDC 운용 안정성과 경제성을 높이기 위한 기술 개발이 기대를 모으고 있다.

이에 한국수자원공사 주관으로 관련 기관·기업은 지난 2020년부터 수열원 기반 ‘댐 심층수 열원 활용 프리쿨링형 공기조화시스템 개발 및 운영 최적화’ R&D를 통해 관련 기술을 개발 중이다.

이 연구에서 디엠테크㈜는 프리쿨링(free-cooling) 수열원 온도 대응형 냉각설비의 자동제어시스템 개발을 맡았다.

이 시스템은 수열원 설비의 제어로직과 공기조화기, 열운반장치, 부하설비의 각종 센서에서 획득한 제어변수를 기반으로 수열원을 활용한 프리쿨링 공기조화시스템의 최적 운전을 자동으로 구현한다.

특히 디엠테크는 소양강댐 테스트베드에 설치된 수열원 설비의 제어로직에 따른 I/O와 제어시스템 개발, 자동제어를 위한 제어 네트워크 구성에 힘쓰고 있다.

I/O제어 요구를 충족하기 위해 항온항습기, 팬유닛, 밸브, 댐퍼 액추에이터 제어를 위한 마이콤 기반 전용 컨트롤러를 개발했으며, 부하용량과 안전성을 개선한 SSR 개발과 IDC용 센서 특성을 고려한 온습도계, 차압계와 미세먼지, 유기화합물 농도 등을 검출하는 복합센서 디바이스를 개발해 현재 프로토타입 성능을 시험하고 있다.

눈여겨 볼 점은 디엠테크의 e-IoT 디바이스 개발역량이다. 개발의 기획 단계부터 센서 디바이스-컨트롤러-설비-제어시스템 간 호환성을 고려해 기존 제품 대비 대규모 구축 시 비용을 절감이 가능한 것이 특징이다.

자동제어시스템 관점에서는 구축된 수열원 설비에 대한 각각의 단위 제어와 수열원 활용 기반 통합운전제어 모드를 지원하고 각 운전모드의 결정 조건과 운전상태 감시를 통합 프로그램으로 구현하는 것을 장점으로 꼽을 수 있다.

일반적인 공조설비와 달리 수열원 설비는 댐 심층수 취수 원수 온도, 설비 외기온도 및 청정도, 부하측 운전 온도 및 압력 등 조건 검토가 필수적이다. 특히 히트펌프 등 수열설비 설계 성능과 연계 설비들의 제어로직 정밀 매칭이 필요하다.

이에 디엠테크는 수열원 설비 애플리케이션에 맞춰 운전제어 부분의 발생 이슈들을 해결하고 최종 도출된 개발 결과를 바탕으로 상황별 최적 운전제어에 반영하고 있다.

이를 바탕으로 현재 진행 중인 수열원 설비의 연중전력효율지수(PUE)는 1.2 이하로 나타났으며 성능 목표 달성을 확인·검증하기 위한 PUE 산출 인터페이스와 Zone별 전력감시 프로세스를 시스템과 함께 구현하고 있다.

또한 시스템 구축 이후 수열원 활용 특성에 따라 수열원 온도차 영향분석, 프리쿨링 성능 데이터 취득, 공기열원과의 성능비교 데이터 취득 및 분석, 에너지 절감량 분석에 필요한 DB 구축과 더불어 ICT기반 연구지원 인터페이스를 개발할 예정이다.

디엠테크 김범석 기술연구소장(사진)은 “소양강댐에 구축한 수열원 활용 실증설비가 본격적으로 가동됨에 따라 구축된 수열원 설비의 정밀제어와 성능시험이 예정된 상태”라며 “기계설비의 성능 데이터 이외에도 각 운전모드에 대한 성능시험을 준비 중이다. 여러 전문기관·기업과 함께 연구에 필요한 추가적인 인터페이스를 논의하고 있다”고 설명했다.

현재 디엠테크는 전자회로/PCB 개발역량을 바탕으로 e-IoT 디바이스 및 서비스 솔루션을 개발하고 있으며 신재생에너지와 LED조명 관제용 디바이스, 감시제어솔루션을 개발·공급하고 있다.

지난 2009년 디엠전자에서 시작해 2013년 법인 전환·기업부설 연구소를 개설했으며, 현재 나주 빛가람혁신도시에 기술연구소와 공장의 신축이전을 완료하고 에너지밸리의 신재생프로젝트 등에 참여 중이다.

특히 신재생에너지 분야는 태양광 초창기부터 국내 1~100MW급 태양광발전소와 풍력발전소의 전력감시용 디바이스와 관제시스템을 개발·보급해 주목받았으며, 디엠테크가 개발에 참여한 수상태양광발전소(새만금 지역)와 지붕형태양광발전소(충남 아산지역) 전력감시설비 및 시스템은 국내 최대 규모로 진행되는 등 다양한 구축사례를 보유하고 있다.

최근 디엠테크는 탄소중립, RE100 등 글로별 이슈에 따른 에너지생태계 변화에 따라 자립형 수전해 설비 전문기업과 함께 실시간 발전설비 상태 및 진단모니터링, 에너지원별 발전량 및 에너지데이터 수집 기술개발을 논의 중이다.

김 기술연구소장은 “기업 차원에서는 IDC 구축을 겨냥한 센서 디바이스와 설비제어기를 개발 완료 후 사업화를 위한 성능 시험과 관련 인증을 진행할 예정”이라며 “실증사업을 통해 축척된 DB와 공동연구기관들의 연구결과를 연계한 최적운전제어 실시간 분석 및 추천 모듈을 개발할 것”이라고 말했다.

그는 이어 “에너지다소비시설에 대한 수열원 활용이 확대되면 냉각설비 최적운전제어솔루션 시장에 대한 진출 기회가 보다 많아질 것으로 예상하고 있다”며 “프리쿨링형 냉각설비 최적운전제어시스템을 적용한 IDC 이외에도 수열원 온도 대응형 냉각설비시스템 솔루션 개발 등 기술을 중심으로 사회와 동반성장하는 전문기업으로 도약하기 위해 노력할 것”이라고 덧붙였다.


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