KR20170050035A - IoT(사물통신)를 활용한 전산센터 시스템 배치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 IoT(사물통신)을 활용한 전산센터 공조시설과 시스템 배치 방법은, 공조효율 평가 방안으로 SHI(Supply Heat Index), RHI(Return Heat Index), RCI(Rack Cooling Index), RTI(Return Temperature Index)를 이용하고, 분석방법으로 CFD 시뮬레이션을 이용하며, 시뮬레이션 절차로 CFD 모델링 계획, IT장비 모델링, 경계 조건, 실내온도 및 기류분포 해석, CASE별 효율평가, 개선안 제시를 통한 시스템 배치 방법을 제공한다.

Description

IoT(사물통신)를 활용한 전산센터 시스템 배치{COMPUTING CENTER SYSTEM PLACEMENT USING IOT}

본 발명은 전산센터 시스템 배치 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 IoT(사물통신)를 활용한 전산센터 시스템 배치 방법에 관한 것이다.

IT산업의 급속한 발전과 더불어 기업 및 공공기관의 업무 환경 변화에 따른 데이터센터의 수요가 급증하고 있으며, 데이터센터의 수요와 함께 IT장비를 냉각하기 위한 에너지가 급격히 증가하고 있다. 또한 공조효율 문제에 따른 데이터센터의 실내환경이 최적화되지 못하고 온도가 높아져 장비고장과 오류가 발생한다.

IT산업에 의한 이산화탄소 배출량이 과다해지면서 온실가스 다배출 산업으로 지목되고 있다.

기존 시스템의 안정적 유지 관리를 위한 대용량, 대규모 환경설비 설치에 따른 시설 신뢰성 확보 측면에서 IDC 건물의 유지 관리를 위한 비용 절감으로 관심이 이동되고 있다.

이에, 기술발전에 따라 장비의 집적도, 발열 및 전력소비량 증가로 실내 환경제어에 관련된 설계방법의 개선이 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전력난이 심각해지고 있는 상황과 발맞춰 관련 기술을 활용한 절감방안을 연구하고, 사물통신(IoT)과 관련시스템을 활용한 모니터링으로 시스템 재배치의 기초자료를 제시하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 IoT(사물통신)을 활용한 전산센터 공조시설과 시스템 배치 방법은, 공조효율 평가 방안으로 SHI(Supply Heat Index), RHI(Return Heat Index), RCI(Rack Cooling Index), RTI(Return Temperature Index)를 이용하고, 분석방법으로 CFD 시뮬레이션을 이용하며, 시뮬레이션 절차로 CFD 모델링 계획, IT장비 모델링, 경계 조건, 실내온도 및 기류분포 해석, CASE별 효율평가, 개선안 제시를 통한 시스템 배치 방법을 제공한다.

본 발명은 전력난이 심각해지고 있는 상황과 발맞춰 관련 기술을 활용한 절감방안을 연구하고, 사물통신(IoT)과 관련시스템을 활용한 모니터링으로 시스템 재배치의 기초자료를 제시할 수 있다.

도 1은 고온의 서버배출 공기와 저온의 공조 공기의 혼합량을 설명하는 도면이다.
도 2는 Definition of Max Allowable Over-Temperature and Max Allowable Under-Temperature를 나타낸다.
도 3은 Benchmarks for return temperature index를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분석 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 개선안 제시 방법론의 시뮬레이션 모델을 나타낸다.
도 6은 Simulation Optimization Model을 나타낸다.
도 7a 내지 7f는 분석 케이스를 보여주는 도면이다.
도 8은 서버배치에 따른 데이터센터의 공기분배 개념을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 S/W Manager Core Framework를 나타낸다.
도 10은 SNMP Protocol 기반의 데이터 수집 전송 처리를 나타낸다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 고온의 서버배출 공기와 저온의 공조 공기의 혼합량을 설명하는 도면이다.

SHI(Supply Heat Index), RHI(Return Heat Index)는 다음 수학식으로 정의된다.

비효율적인 공조시스템으로부터 부가적으로 발생하는 δQ가 작을수록 공조효율은 우수하다. SHI는 0에, RHI는 1에 근접할수록 우수하며 두 지표의 합은 항상 1의 값을 취한다.

도 2는 Definition of Max Allowable Over-Temperature and Max Allowable Under-Temperature를 나타낸다.

서버룸의 설계기준 또는 지침에서 허용하는 온도범위를 기준으로 공조효율을 판단하는 지표는 다음 수학식으로 정의된다.

RCI 효율등급은 다음 표와 같다.

도 3은 Benchmarks for return temperature index를 나타낸다.

공조시스템의 에너지 성능을 측정할 수 있으며 CRAC유닛의 급기와 환기의 온도상승과 IT장비를 통과하여 발열을 제거한 후의 온도상승의 비율을 평가의 척도는 다음 수학식으로 정의된다.

RCI 효율등급은 다음 표와 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분석 방법을 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 절차는 다음과 같다.

① CFD 모델링 계획

- CFD 프로그램 선정

- k-ε high reynolds 난류 모델

- Polyhedral cell type 격자

- 데이터센터 X, Y, Z 축 구간 표준 모델 정의

② IT장비 모델링

- 서버 기준 모델 선정

랙 기준 선정

발열량 기준

표준 풍량

내부 팬 속도

③ 경계 조건

- 공조 방식

- 취출구와 환기구 크기 및 수량 등의 경계 조건 선정

- 풍량 경계 조건 설정

- 면 속도 경계 조건 설정

④ 실내온도 및 기류분포 해석

- 공조구역구분에 따른 온도분포 및 기류분포 해석

냉복도/열복도 공조구역 구분

냉복도/열복도 공조구역 미구분

⑤ CASE별 효율평가

CASE별 경계조건 셋팅

- 각 CASE별 온도분포 분석

- 각 CASE별 기류분포 분석

- SHI와 RHI를 이용한 CASE별 공조 효율 계산

⑥ 개선안 제시

- 개선안 제시

- 환경 센서 최적 설치안 제시

- 개선안 관련 시뮬레이션을 통한 검증

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 개선안 제시 방법론의 시뮬레이션 모델을 나타내고, 도 6은 Simulation Optimization Model을 나타낸다.

Input Data는 배치 관련 Value로서 각 Case별 경계조건 값이다.

Output Data는 공조효율 평가지표로서 SHI (Supply Heat Index), RHI (Return Heat Index)이다.

Simulation Optimization Method는 Gradient Based Search이다.

도 7a 내지 7f는 분석 케이스를 보여주는 도면이다.

도 7a는 측면급기/측면환기 방식 공기분배 개념도, 도 7b는 측면급기/천장환기 방식 공기분배 개념도, 도 7c는 천장급기/측면환기 방식 공기분배 개념도, 도 7d는 천장급기/천장환기 방식 공기분배 개념도, 도 7e는 바닥급기/측면환기 방식 공기분배 개념도, 도 7f는 바닥급기/천장환기 방식 공기분배 개념도를 나타낸다.

도 8은 서버배치에 따른 데이터센터의 공기분배 개념을 나타낸다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 S/W Manager Core Framework를 나타낸다.

에너지 모니터링 Framework

- FMS(Facility Management System) : 전산센터 내 공조설비 등과 같은 시설장비의 장애 모니터링 서비스를 제공

- EMS(Energy Management System) : 전산센터 내 전력설비 등과 같은 에너지 절감을 위한 모니터링 서비스를 제공

- 무선기반 IoT 센서(무선 온습도 센서) : Raspberrypi 기반의 무선 온습도 센서

- 무선 온습도 센서 S/W: SNMP Protocol 기반의 데이터 수집 전송 처리

도 10은 SNMP Protocol 기반의 데이터 수집 전송 처리를 나타낸다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

1. IoT(사물통신)을 활용한 전산센터 공조시설과 시스템 배치 방법으로서,
   공조효율 평가 방안으로 SHI(Supply Heat Index), RHI(Return Heat Index), RCI(Rack Cooling Index), RTI(Return Temperature Index)를 이용하고, 분석방법으로 CFD 시뮬레이션을 이용하며, 시뮬레이션 절차로 CFD 모델링 계획, IT장비 모델링, 경계 조건, 실내온도 및 기류분포 해석, CASE별 효율평가, 개선안 제시를 통한 시스템 배치 방법.

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