KR101226196B1 - 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터 - Google Patents

방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터 Download PDF

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Abstract

기존의 지상 빌딩형 인터넷 데이터센터를 상당한 지반 두께를 가진 산지의 방재 터널형으로 대체함으로써, 특히 터널내의 지열 에너지인 저온 공기와 집수된 저온 지하수를 인터넷 데이터센터의 전력 소비량 비율이 가장 높은 냉각 및 항습 공조에 활용함으로써, 인터넷 데이터센터를 에너지 절약형으로 개선할 뿐만 아니라, 터널의 지중에 데이터센터 건축물을 구축함으로써 지진이나 태풍, 홍수 및 테러 같은 재해로부터 안전하게 보호할 수 있는 터널형 방재 시스템을 제공한다.

Description

방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터 {ENERGY-SAVING INTERNET DATA CENTER CONSTRUCTED WITHIN DISASTER PROOF TUNNEL}
본 발명은 인터넷 데이터센터에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 산지에 형성된 터널 내에 인터넷 데이터센터(Internet Data Center: IDC)를 구축하고, 터널내의 지열 에너지인 저온 공기와 집수된 저온 지하수를 활용함으로써, 인터넷 데이터센터의 냉각을 위해 사용하는 에너지를 절감시킬 수 있는, 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터에 관한 것이다.
일반적으로, 인터넷 데이터센터(Internet Data Center: IDC)는 대형 빌딩에 중앙 네트워크를 설치하고, 기업들의 인터넷 서버를 대신 관리하거나 서버를 직접 준비한 후에, 기업들에게 서버 호스팅(Server Hosting) 서비스를 제공하는 인터넷 전산센터를 일컫는다. 이러한 인터넷 데이터센터는 안정적인 인터넷 연결 회선과 안정적인 전력공급을 위하여, 그리고 외부의 재해 요소로부터 컴퓨터를 보호하기 위하여 설립 및 운영되고 있으며, 최근에는 쇼핑몰을 구축해주는 전자상거래 호스팅, 보안 서비스, 데이터 보관 저장서비스 등의 부가 서비스도 제공하면서 그 저변을 넓혀가고 있다.
이러한 인터넷 데이터센터의 내부에는 일반적으로, 많은 컴퓨터와 네트워크 장비, 보안 인력들로 이루어지게 된다. 특히, 인터넷의 확산에 따라, 수백 개의 랙(Rack)을 포함하는 인터넷 데이터센터가 건설되고 있으며, 컴퓨터 장비, 특히, 컴퓨터 서버 및 블레이드(blade)의 크기가 감소됨에 따라, 각각의 랙에 설치되는 전자장비의 수가 급격히 증가하고 있고, 이러한 전자 장비를 적절히 냉각시키는 방법에 대한 관심이 증가하고 있다. 즉, 이러한 인터넷 데이터센터는 굉장히 많은 열을 방출하므로 냉각 방법이 매우 중요하며, 이때, 인터넷 데이터센터의 냉각 비용이 업체들에게는 부담이 되고 있는 실정이다. 이러한 인터넷 데이터센터의 최적 냉각 환경을 유지하기 위해서는 효율적인 송풍 경로를 확보하고, 최소한의 에너지를 사용하여 장비에서 발생하는 열을 최대한 많이 제거하는 것이 바람직하다.
한편, 선행 기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2011-9848호에는 "데이터센터의 냉각 장치 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 데이터센터의 냉각 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 데이터센터의 냉각 장치는, 서버 랙(10), 흡배기 덕트(20), 항온 항습기(30) 등을 포함할 수 있다.
서버 랙(10)은, 예를 들면, 19인치 등의 서버가 장착되는 36U, 42U 등의 크기를 갖는 랙으로, 예를 들면, 두 개의 서버 랙(10)이 각각의 후면부가 서로 마주보도록 배치된다. 이러한 배치를 통해 서버 랙(10)들의 후면부를 통해 각 서버 랙(10)의 뜨거운 공기가 배출되며, 각각 쌍으로 마주보도록 배치될 수 있다.
흡배기 덕트(20)는, 예를 들면, 흡기 디퓨저(21), 슬라이딩 도어(22), 배기 덕트(23), 송풍기(24), 배출 덕트(25) 등을 포함하여 서버 랙(10)의 후면부를 통해 배출된 뜨거운 공기를 흡기 디퓨저(21)를 통해 흡기하고, 배기 덕트(23)를 통해 배출한다.
항온 항습기(30)는, 예를 들면, 항온 항습기 본체(31), 배기 디퓨저(32), 배기순환 덕트(33) 등을 포함하여 데이터센터 내부, 별도의 공조실 등에 설치되는 것으로, 서버 랙(10)의 후면부를 통해 배출된 뜨거운 공기의 온도, 습도 등을 검출하는 내부 센서와 데이터센터의 외부 공기의 온도 습도 등을 검출하는 외부 센서를 통해 검출된 내부 온도 또는 습도와 외부 온도 또는 습도의 차이를 각각 연산하고, 내부에 설치된 흡배기 댐퍼(Damper)를 조정함으로써, 데이터센터의 내부 온도 및 습도를 기 설정된 범위 값으로 유지시킨다.
종래의 기술에 따른 데이터센터의 냉각 장치의 경우, 데이터센터 내부의 차가운 공기와 뜨거운 공기가 섞이지 않도록 하고, 뜨거운 공기를 데이터센터 외부로 배출하며, 차가운 외부 공기를 데이터센터 내부로 유입시킴으로써, 상대적으로 적은 에너지를 이용하여 효율적으로 데이터센터를 냉각시킬 수 있다. 하지만, 이러한 데이터센터의 냉각장치의 경우, 후술하는 바와 같이 지상의 빌딩형 데이터센터에 해당한다.
한편, 최근 국내의 전문 인터넷 데이터 사업체들은 지상의 대형 빌딩에 인터넷 데이터센터를 구축하고 있다. 일반적으로, 지상의 빌딩은 지진이나 태풍 같은 재해에 대하여 안전해야 하기 때문에 내진이나 내풍구조로 해야 하며, 대기의 영향을 차단할 수 있는 단열시설을 비롯해서, 특별한 냉ㅇ난방 및 항습 공조시설을 구축해야 하기 때문에 건물과 공조시설 투자비가 상당히 많이 소요된다는 문제점이 있었다.
또한, 인터넷 데이터센터 사업자들은 데이터센터의 에너지절약 대책으로 절전형 서버와 IT장비, 안정적인 전원시설, 효율적인 냉방시설 등의 개선을 위하여 끊임없이 노력하고 있다. 한편, 미국 APC 자료에 따르면, 이러한 인터넷 데이터센터의 전력 소비량 비율은 서버와 IT 장비가 약 30%를 차지하고, PDU, UPS 등의 전원시설이 약 25%를 차지하며, 냉각 및 항습 공조시설이 오히려 약 45%를 차지하는 것으로 보고되었다. 특히, 수많은 서버와 IT 장비를 안정적으로 운용하기 위해서는 전원시설과 냉각 및 항습 공조시설을 24시간 중단 없이 가동해야 하기 때문에 엄청난 전력을 소비한다는 문제점이 있었다.
1) 대한민국 공개특허번호 제2011-9848호(공개일: 2011년 1월 31일), 발명의 명칭: "데이터센터의 냉각 장치 및 그 방법" 2) 대한민국 공개특허번호 제2011-69972호(공개일: 2011년 6월 24일), 발명의 명칭: "데이터센터의 냉각 제어 장치 및 방법" 3) 대한민국 등록특허번호 제10-962400호(출원일: 2007년 12월 17일), 발명의 명칭: "뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템, 이를 이용한 데이터센터의 냉각 시스템 및 그 방법" 4) 대한민국 공개특허번호 제2008-97200호(공개일: 2008년 11월 4일), 발명의 명칭: "냉각 시스템 및 방법" 5) 대한민국 공개특허번호 제2011-22584호(공개일: 2011년 3월 7일), 발명의 명칭: "냉각 효율 향상을 위해 데이터센터 동작을 관리하는 설비"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 지상의 빌딩형 인터넷 데이터센터를 산지의 방재터널형으로 대체함으로써, 터널 내부의 지열 에너지인 저온 공기 및 저온 지하수를 전력 소비량 비율이 가장 높은 냉각 및 항습 공조시설에 활용할 수 있는, 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상당한 지반 두께를 가진 산지의 터널 내부에 인터넷 데이터센터 건축물을 구축함으로써, 지진이나 태풍, 홍수 및 테러에 안전할 수 있는, 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터를 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터는, 산지에 지하공간을 굴착 형성되고, 외부의 신선한 공기를 흡입하는 흡기터널 및 더운 공기를 배출하는 배기터널을 구비하는 방재터널; 상기 방재터널 내에 설치되고, 열을 방출하는 다수의 랙 유닛(Rack Unit)을 구비하는 데이터센터 건축물; 및 상기 흡기터널을 통해서 흡입한 신선한 공기를 상기 방재터널 내의 저온 공기와 조화할 수 있는 공조장치 및 상기 공조장치에 의해 냉각된 공기를 데이터센터 건축물의 조화공기 통로로 공급하는 조화공기 공급부;를 포함하며 다수의 랙 유닛으로부터 발생된 더운 공기를 상기 배기터널을 통해서 외부로 배출하는 공조실(200);을 포함하되, 상기 데이터센터 건축물에서 발생된 더운 공기는 상기 공조장치에서 공급된 찬 공기와 혼합되지 않은 상태로 외부에 배출되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 방재터널 내부의 지열인 습기가 많은 13± 2℃의 저온 공기는 상기 공조장치를 경유하여 상기 데이터센터 건축물의 랙 유닛을 공냉식으로 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 랙 유닛에서 방출되는 더운 공기는 상기 데이터센터 건축물의 바닥을 통해 공급되는 냉각 공기와 혼합되지 않도록 차단하기위하여 상기 랙 유닛 상부에 설치된 흡기 디퓨저와 배기 덕트로 모아서 상기 배기 터널을 통해서 터널 외부로 배출시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터는, 상기 데이터센터 건축물의 바닥과 벽체를 수냉식으로 냉각시키거나, 상기 공조장치에 공급되는 공기를 냉각시키기 위한 냉각수를 공급하는 지하수 집수정을 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 지하수 집수정의 지하수는 10± 2℃의 저온 지하수로서, 냉각수 파이프를 통해 상기 데이터센터 건축물의 하부 바닥 및 측면 벽체에 공급되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 방재터널은, 상당한 두께의 지반을 갖는 산지에 장방향으로 굴착되는 병렬식 터널로서, 그 내부에 상기 데이터센터 건축물을 구축하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터는, 사무관리동과 연결되도록 상기 방재터널 입구에 병렬로 형성되는 진입터널; 상기 방재터널 외부의 충격을 흡수할 수 있는 공간으로서, 상기 진입터널과 상기 방재터널 사이에 형성되는 완충터널; 및 터널 내부에서 화재와 같은 재난이 발생할 때를 대비하여 신속하고 안전하게 대피할 수 있도록 병렬의 방재터널 사이를 연결하도록 형성된 연결터널을 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 데이터센터 건축물은, 인터넷 데이터를 처리하는 다수의 서버장비 및 IT 장비가 탑재되는 랙 유닛(Rack Unit); 상기 지하수 집수정에 연결된 건축물의 바닥과 벽체에 수냉식 공조를 위한 냉각수를 공급하도록 설치되는 냉각수 파이프; 상기 랙 유닛에 조화공기(찬 공기)를 공급하는 조화공기 통로; 상기 랙 유닛에 전원 및 통신을 공급하는 분리된 전력 및 통신 케이블 공동구; 상기 랙 유닛에 의해 발생된 더운 공기를 흡입하는 상기 랙 유닛 상부에 형성되어 흡기 디퓨저; 및 상기 흡기 디퓨저에 의해 흡입된 더운 공기를 외부로 배출하는 배기 덕트를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 데이터센터 건축물은, 상기 조화공기 통로가 상기 전력 및 통신 케이블 공동구와 분리되어 설치되는 프리캐스트 콘크리트 이중 바닥을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터는, 상기 랙 유닛에서 방출되는 더운 공기를 동절기에 사무관리동의 난방용으로 재활용할지 여부를 판단하는 온도 측정 및 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 방재터널 내부의 지열, 즉, 습기 많은 저온 공기(13± 2℃)는 방재터널 내부에 건설된 데이터센터 건축물의 공조실로 보내어져서 조건에 맞게 적절히 조화되어, 데이터센터 건축물의 이중 바닥 공기통로를 통하여 데이터센터의 랙 유닛(또는 서버와 IT 장비)을 냉각시키는데 활용됨으로써, 냉각 및 항습 공조에 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.
본 발명에 따르면, 방재터널 내부로 침투한 10± 2℃의 저온 지하수를 집수정에서 집수하여 데이터센터 건축물의 바닥과 벽체를 냉각시키는 냉각수로 활용함으로써, 냉각에 소요되는 에너지를 절감시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 상당한 지반 두께가 있는 산지에 병렬의 방재터널을 구축함으로써, 지상의 빌딩과 달리 터널 외부의 기온 변화에 영향을 거의 무시할 수 있기 때문에 단열시설 투자비를 절감할 수 있다.
본 발명에 따르면, 방재터널 내부에 건설된 장방형 건축물은 지상의 빌딩과 달리 지진, 태풍, 눈 등의 하중을 거의 무시할 수 있기 때문에 건축물의 건설 투자비를 절감할 수 있다.
본 발명에 따르면, 방재터널 내에 구축된 인터넷 데이터센터가 외부에 거의 노출되지 않기 때문에 지진, 태풍 및 테러 같은 재해에 대한 방재 투자비를 절감할 수 있다.
본 발명에 따르면, 데이터센터 건축물의 이중 바닥에 설치되는 전력 및 통신 케이블 공동구와 구분되는 공기 통로는 프리캐스트 콘크리트 제품으로서, 데이터센터 건축물의 품질을 향상시키고, 공사기간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 인터넷 데이터센터의 냉각 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인터넷 데이터센터가 구축되는 방재터널을 산지에 형성한 것을 예시하는 배치도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산지 및 방재터널의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인터넷 데이터센터가 구축되는 방재터널의 평면도 및 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 인터넷 데이터센터의 랙 유닛 배치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 방재터널 내에 구축된 인터넷 데이터센터의 냉각 및 항습 공조를 구체적으로 설명하기 위한 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 프리캐스트 콘크리트 이중 바닥을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터의 공냉식 냉각을 설명하기 위한 작동흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷데이터센터의 수냉식 냉각을 설명하기 위한 작동흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
먼저, 본 발명의 실시예로서, 지열(Geothermal Energy)을 활용하는 에너지 절약형 그린 인터넷 데이터센터(Energy-saving Green Internet Data Center)를 방재터널(Disaster Proof Tunnel) 내부에 구축하는 것을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인터넷 데이터센터가 구축되는 방재터널을 산지에 형성한 것을 예시하는 배치도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산지 및 방재터널의 횡단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인터넷 데이터센터가 구축되는 방재터널의 평면도 및 종단면도로서, 도 4의 a)는 방재터널의 평면도이고, 도 4의 b)는 도 4의 a)의 A-A 라인을 절단선으로 하는 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 인터넷 데이터센터가 구축되는 방재터널(100)은, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상당한 지반 두께를 갖는 산지를 굴착하여 형성될 수 있고, 이러한 방재터널(100)은 진입터널(110), 완충터널(120), 배기터널(130), 흡기터널(140) 및 연결터널(150)과 서로 연결된다.
상당한 지반 두께를 갖는 산지를 굴착하여 지하에 형성된 방재터널(100)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 장방향의 병렬 터널로 굴착하고, 그 내부에 데이터센터 건축물을 구축한다. 여기서, 병렬 형태는 터널의 길이 방향으로 두 개가 형성되는 것을 의미한다.
구체적으로, 방재터널(100) 입구에 형성되어 출입구 역할을 하는 진입터널(110)은 사무 관리동(500)과 연결되도록 병렬로 형성된다.
완충터널(120)은 상기 방재터널(100)의 외부 충격을 흡수할 수 있는 공간으로서, 상기 진입터널(110)과 방재터널(100) 사이에 형성함으로써, 예를 들면, 비상 대피소로도 활용할 수 있다. 여기서, 상기 방재터널(100)이 방재의 기능을 갖기 위해서는 상기 완충터널(120)이 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 연결터널(150)은 터널 내부에서 화재와 같은 재난이 발생할 때에 신속히 안전하게 대피할 수 있도록 병렬 방재터널(100) 사이를 연결하도록 형성된다.
흡기터널(140)은 상기 진입터널(110) 중간에 형성되어 외부의 신선한 공기를 상기 방재터널(100)에 공급할 수 있는 통로로 제공된다.
배기터널(130)은 상기 방재터널(100) 및 산지 외부 사이에 형성되어, 상기 방재터널(100)내의 더운 공기를 산지 외부로 배출하는 역할을 한다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 절약형 인터넷 데이터센터는, 방재터널(100)의 내부에 지상의 빌딩형 인터넷 데이터센터와 동등한 면적을 가지는 건축물을 축조할 수 있는 공간에 형성되고, 이때, 상기 방재터널(100)은 산지에 장방향의 병렬 터널로 굴착됨으로써 재해에 안전하고, 경제적인 공간을 확보할 수 있다. 즉, 지상의 빌딩은 대기의 온도 영향을 받지 않기 위하여 특별한 단열시설을 해야 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 데이터센터가 구축되는 방재터널(100)은, 상당한 두께의 지반을 가진 산지에 구축됨으로써, 지반에 의해 단열되기 때문에 단열시설의 투자비를 절약할 수 있다.
또한, 지하 터널 내부에는 습기가 많은 저온 공기가 존재하기 때문에, 이를 차단할 수 있는 별도의 건축물을 터널 내부에 구축해야한다. 지상의 빌딩은 외부의 지진이나 태풍 같은 자연재해에 대하여 안전해야 하기 때문에 내진 및 내풍구조가 되어야 하지만, 지하터널 내부의 인터넷 데이터센터 건축물(300)은 외부의 지진 하중, 풍하중, 눈하중 등을 거의 무시할 수 있기 때문에 건설 투자비가 절감되는 경제적인 건축물을 구축할 수 있다.
또한, 데이터센터 건축물(300)는 외부의 테러나 내부의 화재와 같은 재난에 대해서도 안전하게 보호되어야 하기 때문에, 어떠한 상황에 대해서도 안전하게 대피할 수 있는 병렬의 방재터널(100)과 진입터널(110)을 구축하고, 병렬의 방재터널(100) 사이를 연결하는 연결터널(150)을 구축한다. 또한, 외부의 충격을 흡수할 수 있는 공간을 가지기 위하여 진입터널(110)과 방재터널(100) 사이에 완충터널(120)을 구축하여 방재 능력을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 데이터센터가 구축되는 방재터널(100)은, 외부의 기온에 대하여 단열되면서 방재터널(100)내부의 지열인 13± 2℃의 저온 공기와 상기 방재터널(100) 내부로 침투하는 10± 2℃의 저온 지하수를 데이터센터의 전력 소비량 비율이 가장 높은 냉각 및 항습 공조시설에 활용함으로써, 에너지를 절약할 수 있다.
또한, 방재터널(100)의 지중에 데이터센터 건축물(300)을 구축함으로써 지진, 태풍, 홍수와 테러 같은 재해로부터 안전하게 보호받을 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 터널의 입구에 사무관리동(500)이 설치되고, 상기 사무관리동(500)에 병렬 설치되는 진입터널(110)이 병렬로 형성된다.
상기 진입터널(110)의 중간에 상기 흡기터널(140)을 형성해서 신선한 공기를 흡입하여 상기 방재터널(100)의 입구에 배치된 공조실(200)로 공급한다.
또한, 상기 진입터널(110) 및 상기 방재터널(100) 사이에는 전술한 바와 같이 완충터널(120)이 형성되고, 상기 병렬로 형성된 방재터널(100) 사이에는 연결터널(150)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 연결터널(150) 하부에 지하수 집수정(400)을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 배기터널(130)은 상기 방재터널(100) 및 산지 사이에 형성되어, 상기 방재터널(100) 내에 형성된 공조실(200)을 통해 배출되는 더운 공기를 터널 외부로 배출하게 된다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 인터넷 데이터센터의 랙 유닛(또는 서버장비) 배치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 인터넷 데이터센터의 랙 유닛(310) 또는 서버 장비는, 도 5에 도시된 바와 같이, 방재터널(100) 내에 다수가 배치된다.
상기 랙 유닛(310)에는 조화공기 통로(330)를 통해 찬 공기가 공급되어 상기 랙 유닛(310)을 냉각시킬 수 있고, 또한, 상기 랙 유닛(310) 상부에 형성된 배기 덕트(360)를 통해 더운 공기가 배출된다. 이때, 상기 더운 공기는 공조실(200)을 경유하여 배기터널(130)을 통해 터널 외부로 배출될 수 있다.
또한, 상기 랙 유닛(310)의 측면에는 열전도 벽체(370)가 패널 방식으로 설치됨으로써, 상기 랙 유닛(310)의 열을 측면 방향에서 냉각시킬 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 인터넷 데이터센터를 나타내는 단면도로서, 도 5의 B-B 라인을 절단선으로 하는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 인터넷 데이터센터는, 크게, 방재터널(100), 공조장치(210), 데이터센터 건축물(300) 및 지하수 집수정(400)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 공조장치(210)는 후술하는 도 7에 도시된 바와 같이, 공조실(200) 내에 형성된다.
방재터널(100)은 상당한 두께의 지반을 갖는 산지에 장방형으로 굴착 형성되고, 전술한 바와 같이, 찬 공기를 흡입하는 흡기터널(140) 및 더운 공기를 배출하는 배기터널(130)을 구비한다.
데이터센터 건축물(300)은 상기 방재터널(100) 내에 설치되고, 열을 방출하는 다수의 랙 유닛(Rack Unit: 310)을 구비한다.
공조장치(210)는 공조실(200) 내에 구비되고, 상기 흡기터널(140)을 통해 흡입된 공기를 상기 다수의 랙 유닛(310)을 냉각시키도록 공급하고, 이때, 상기 다수의 랙 유닛(310)으로부터 발생된 더운 공기는 상기 배기터널(130)을 통해 외부로 배출한다. 이때, 상기 데이터센터 건축물(300)에서 발생된 더운 공기는 상기 공조장치(210)에서 공급된 찬 공기와 혼합되지 않은 상태로 외부에 배출되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 터널 내부의 지열인 습기 많은 13± 2℃의 저온 공기는 공조장치(210)를 거쳐서 데이터센터 건축물의 랙 유닛(또는 서버와 IT 장비)을 냉각하는 공냉식 냉각시스템에 활용하고, 이때, 랙 유닛(310)에서 방출되는 더운 공기는 데이터센터 건축물(300) 바닥을 통해 공급되는 냉각 공기와 혼합되지 않도록 차단하기 위하여 상기 랙 유닛(310) 상부에 설치된 흡기 디퓨저(350)와 배기 덕트(360)로 모아서 배기터널(130)을 통해서 터널 외부로 배출시키게 된다.
또한, 일상적으로 신선한 공기를 터널 외부로부터 흡기터널(140)을 통해서 공급받고, 동절기에는 10℃ 이하의 찬 공기를 흡기하여 공냉식 냉각에 활용할 수 있다.
지하수 집수정(400)은 터널 내부로 침투하는 10± 2℃의 저온 지하수를 데이터센터 건축물(300)의 냉각에 활용할 수 있도록 지하수 집수정(400)에 집수한다. 이때, 상기 지하수는 상기 데이터센터 건축물(300)의 바닥 및 벽체에 설치된 냉각수 파이프(320)에 공급되고, 공냉식 공조를 위한 저온 공기를 냉각시키는데 활용된다.
본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터는, 터널 내부의 지열인 13± 2℃의 저온 공기와 터널 내부로 침투하는 10± 2℃의 저온 지하수를 활용함으로써, 에너지 절약형으로 구현된다. 즉, 방재터널(100) 내부의 지열인 13± 2℃의 저온 공기로서, 상기 공조장치(210)의 냉각공기 공급에 활용함 으로써 냉각 및 항습 공조시스템의 에너지절약 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터의 경우, 데이터센터의 랙 유닛(310)에 탑재되는 서버와 IT 장비가 설치된 데이터센터 건축물(300)의 프리캐스트 콘크리트 이중 바닥(380)에 형성된 전력 및 통신 케이블 공동구(340)와 분리하여 설치된 조화공기 통로(330)는 공조실의 제어 또는 통제를 거친 냉각 조화공기를 데이터센터의 장비와 시설에 공급함으로써 냉각 공기 유통 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터의 경우, 방재터널(100) 내부에 구축된 데이터센터 건축물(300)은 지상 빌딩의 중요한 내진 및 내풍구조가 아닌 랙 유닛(310) 하중만을 받는 일반 건축물로서, 장비 배치 공간 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터의 경우, 데이터센터 내의 장비와 시설에서 방출되는 더운 공기는 장비들 상부에 설치된 흡기 디퓨저(350)로 모아져서 배기 덕트(360)를 통해서 공조실(200)로 이동되고, 온도가 제어된 후에는 배기터널(130)을 통해서 터널 외부로 직접 배출됨으로써, 건축물의 프리캐스트 콘크리트 이중 바닥(380)을 통해 공급된 조화공기와 혼합이 차단됨으로써 에너지 절약 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터의 경우, 상시로 터널 외부로부터 흡기터널(140)을 통해서 신선한 공기를 흡기하여 터널 내부를 쾌적한 환경으로 조성하고, 동절기에는 10℃ 이하의 외기를 흡기하여 터널내부 공조장치(210)의 냉각 공기로 활용함으로써 에너지 효율을 높일 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 방재터널 내에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터의 냉각을 설명하기 위한 횡단면도로서, 도 5에 도시된 C-C 라인을 절단선으로 하는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방재터널 내에 구축된 데이터센터의 냉각을 위한 공조실(200)은, 공조장치(210), 조화공기 공급부(220) 및 온도 측정 및 제어부(230) 등을 구비할 수 있다.
공조장치(210)는 저온 공기 및 신선한 외기를 흡입하여, 상기 공기가 적정한 온도 및 습도인지를 판단하고, 상기 공기가 적정한 온도 및 습도가 아닌 경우, 적절한 온도 및 습도로 냉각시키는 냉각 및 항습기이다.
조화공기 공급부(220)는 상기 공조장치(210)에 의해 적절한 온도 및 습도로 냉각된 공기를 조화공기 통로(330)로 공급한다. 이때, 상기 조화공기 통로(330)는 찬 공기를 유통시킬 수 있는 프리캐스트 콘크리트 제품으로서, 이중 바닥에 설치되어 데이터센터 건축물(300)의 랙 유닛(310)의 하부로 공급한다. 이때, 상기 랙 유닛(310)에서 방출되는 열에 의해 온도가 상승한 더운 공기는 흡기 디퓨저(350)를 통해 흡입되고, 배기 덕트(360)를 통해 배출되는데, 이때, 상기 더운 공기는 상기 공조실(200)을 경유하며, 배기터널(130)을 통해 터널 외부로 배출되거나, 재활용될 수도 있다.
온도 측정 및 제어부(230)는 상기 공조실(200) 내에 설치되어 상기 공조실(200)을 경유하는 더운 공기의 온도를 측정하여 재활용 여부를 결정한다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 프리캐스트 콘크리트 이중 바닥을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 프리캐스트 콘크리트 이중 바닥(380)은 데이터센터 건축물 하부에 배치되며, 도 8에 도시된 바와 같이, 전력 및 통신 케이블 공동구(340)와 분리된 프리캐스트 콘크리트 조화공기 통로(330)를 설치함으로써 공기 유통의 효율을 높일 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터의 공냉식 냉각을 설명하기 위한 작동흐름도로서, 방재터널의 습기 많은 저온공기를 활용하여 냉각 및 항습 공조를 수행하는 과정을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터의 공냉식 냉각은, 먼저, 흡기터널(140)을 통해 흡입된 공기에 따라 방재터널(100) 내의 온도 및 습도가 적정한지를 공조실(200)에서 판단한다(S110).
다음으로, 상기 공조실(200)은 상기 방재터널(100) 내의 온도 및 습도가 적정하지 않은 경우로 판단되면, 공냉식 냉각을 위한 공조장치를 가동하여 공냉식 냉각 및 항습을 수행한다(S120). 구체적으로, 상기 공조실(200) 내의 공조장치(210)인 냉각 및 항습기를 가동하여 상기 온도 및 습도를 적정 수준으로 냉각시킨다.
다음으로, 상기 방재터널(100) 내의 온도 및 습도가 적정한 공기, 또는 상기 공냉식 공조장치(210)에 의해 냉각 및 항습된 공기(조화공기)를 기 설정된 경로를 따라 상기 공조실(200) 내의 조화공기 공급부(220)가 상기 인터넷 데이터센터 건축물(300)의 랙 유닛(310)에 공급한다(S130). 이때, 상기 조화공기는 냉각 효율을 향상시키기 위해서 냉각수 파이프(320)를 따라 공급될 수 있다.
다음으로, 상기 인터넷 데이터센터 건축물(300)의 상부에 형성된 흡기 디퓨저(350)가 상기 랙 유닛(310)으로부터 발생되는 더운 공기를 흡입하고(S140), 상기 흡기 디퓨저(350)를 통해 흡입된 더운 공기는 배기 덕트(360)를 통해 배출된다(S150).
다음으로, 상기 공조실(200)은 상기 배기 덕트(360)를 통해 배출되는 더운 공기를 방재터널(100) 내에서 활용할지 여부를 판단한다(S160).
다음으로, 상기 배기 덕트(360)를 통해 배출되는 더운 공기를 방재터널(100) 내에서 활용할 경우, 예를 들면, 사무관리동(500)에 필요한 난방 또는 온수 공급을 위해 더운 공기를 활용할 수 있다. 또는, 상기 배기 덕트(360)를 통해 배출되는 더운 공기를 방재터널(100) 내에서 활용하지 않을 경우, 상기 배기터널(130)을 통해 방재터널(100)의 외부로 배출하게 된다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터의 수냉식 냉각을 설명하기 위한 작동흐름도로서, 저온 지하수를 활용하여 수냉식 냉각을 수행하는 과정을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방재터널에 구축된 데이터센터의 수냉식 냉각 방법은, 먼저, 터널 내부로 침투한 지하수를 집수한 지하수 집수정(400)의 확보된 지하수량이 적정한지를 판단한다(S210). 예를 들면, 상기 지하수 집수정(400)에 수위 센서를 설치하고, 상기 수위 센서에서 감지된 수위에 따라 지하수의 양을 판단할 수 있고, 상기 수위 센서에서 감지된 신호를 공조실(200)에서 원격 수신할 수 있다.
다음으로, 상기 지하수 집수정(400)에 확보된 지하수가 적정한 양이 아니라고 판단되면, 상기 지하수 집수정(400)에 설치된 급수기(도시되지 않음)를 사용하여 지하수를 급수한다(S220). 예를 들면, 상기 공조실(200)에서 원격 수신된 수위 감지신호에 따라 상기 급수기를 원격제어할 수 있다.
다음으로, 상기 지하수 집수정(400)에 확보된 지하수가 적정한 양이라고 판단되면, 상기 지하수가 적정한 냉각수 온도인지를 판단한다(S230). 예를 들면, 상기 지하수 집수정(400)에 온도 센서를 설치하고, 상기 온도 센서에서 감지된 온도를 공조실(200)에서 원격 수신할 수 있다.
다음으로, 상기 지하수가 적정한 냉각수 온도가 아닌 경우, 상기 지하수 집수정(400)에 설치된 냉각실(도시되지 않음)을 통해 상기 지하수를 적정한 냉각수 온도로 냉각한다(S240). 예를 들면, 상기 공조실(200)에서 원격 수신된 상기 지하수 온도에 따라 상기 냉각실을 원격제어하여 상기 지하수를 냉각시킬 수 있다.
다음으로, 상기 자하수가 적정한 냉각수 온도라고 판단되면, 상기 냉각수를 냉각수 저장조에 저장한다(S250).
다음으로, 상기 냉각수를 사용하여 상기 인터넷 데이터센터 건축물(300)의 랙 유닛(310)을 수냉식으로 냉각한다(S260). 즉, 상기 냉각수는 상기 랙 유닛(310)의 하부에 설치된 냉각수 파이프(320) 통해 상기 랙 유닛(310)을 냉각한다. 이때, 상기 냉각수는 상기 랙 유닛(310)을 직접 냉각할 수도 있지만, 본 발명의 실시예에서는 상기 냉각수 파이프(320)는 상기 랙 유닛(310)을 냉각하기 위해 공급되는 찬 공기를 냉각시키는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 랙 유닛(310)을 냉각한 냉각수 또는 상기 찬 공기를 냉각한 냉각수가 적정한 온도인지를 판단한다(S270).
다음으로, 상기 냉각수가 상기 랙 유닛(310)을 냉각할 수 있는 적정한 온도인 경우, 상기 냉각수를 재활용하기 위해 펌프를 사용하여 상기 S250 단계의 냉각수 저장조로 펌핑한다(S280).
만일, 상기 냉각수가 적정한 온도 이상으로 상승하여 상기 랙 유닛(310)을 냉각할 수 없는 경우, 상기 지하수 집수정(400)으로 보내서 전술한 S210 내지 S250 단계를 수행함으로써 적정한 온도의 냉각수로 냉각하여 저장하게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 방재터널
110: 진입터널
120: 완충터널
130: 배기터널
140: 흡기터널
150: 연결터널
200: 공조실
210: 공조장치(냉각 및 항습기)
220: 조화공기 공급부
230: 온도 측정 및 제어부
300: 데이터센터 건축물
310: 랙 유닛(Rack Unit)
320: 냉각수 파이프
330: 조화공기(찬 공기) 통로
340: 전력 및 통신 케이블 공동구
350: 흡기 디퓨저
360: 배기 덕트
370: 열전도 벽체
380: 프리캐스트 콘크리트 이중 바닥
400: 지하수 집수정
500: 사무관리동

Claims (10)

  1. 인터넷 데이터센터(Internet Data Center: IDC)에 있어서,
    산지에 지하공간을 굴착시켜 형성되고, 외부의 신선한 공기를 흡입하는 흡기터널(140) 및 더운 공기를 배출하는 배기터널(130)을 구비하는 방재터널(100);
    상기 방재터널(100) 내에 설치되고, 열을 방출하는 다수의 랙 유닛(Rack Unit,310)을 구비하는 데이터센터 건축물(300); 및
    상기 흡기터널을 통해서 흡입한 신선한 공기를 상기 방재터널 내의 저온 공기와 조화할 수 있는 공조장치(210) 및 상기 공조장치(210)에 의해 냉각된 공기를 데이터센터 건축물(300)의 조화공기 통로(330)로 공급하는 조화공기 공급부(220);를 포함하며 다수의 랙 유닛으로부터 발생된 더운 공기를 상기 배기터널(130)을 통해서 외부로 배출하는 공조실(200);을 포함하되,
    상기 데이터센터 건축물(300)에서 발생된 더운 공기는 상기 공조장치(210)에서 공급된 찬 공기와 혼합되지 않은 상태로 외부에 배출되도록 하며,
    상기 방재터널은, 상당한 두께의 지반을 갖는 산지에 장방향으로 굴착되는 병렬식 터널로서, 그 내부에 상기 데이터센터 건축물을 구축되며, 사무관리동과 연결되도록 상기 방재터널 입구에 병렬로 형성되는 진입터널(110); 상기 방재터널 외부의 충격을 흡수할 수 있는 공간으로서, 상기 진입터널과 상기 방재터널 사이에 형성되는 완충터널(120); 및 터널 내부에서 화재와 같은 재난이 발생할 때를 대비하여 신속하고 안전하게 대피할 수 있도록 병렬의 방재터널 사이를 연결하도록 형성된 연결터널(150);을 포함하며,
    상기 연결터널(150)은 하부에 공조장치(210)에 공급되는 공기를 냉각시키기 위한 냉각수를 공급하는 지하수 집수정(400)을 설치하되, 상기 지하수 집수정의 지하수는 10±2℃의 저온 지하수로서, 냉각수 파이프를 통해 상기 데이터센터 건축물의 하부 바닥 및 측면 벽체에 공급되며,
    상기 데이터센터 건축물(300)은, 인터넷 데이터를 처리하는 다수의 서버장비 및 IT 장비가 탑재되는 랙 유닛(Rack Unit,310);상기 지하수 집수정에 연결된 건축물의 바닥과 벽체에 수냉식 공조를 위한 냉각수를 공급하도록 설치되는 냉각수 파이프(320);상기 랙 유닛에 조화공기(찬 공기)를 공급하는 조화공기 통로(330);상기 랙 유닛에 전원 및 통신을 공급하는 분리된 전력 및 통신 케이블 공동구(340);상기 랙 유닛에 의해 발생된 더운 공기를 흡입하는 상기 랙 유닛 상부에 형성되어 흡기 디퓨저(350); 상기 흡기 디퓨저에 의해 흡입된 더운 공기를 외부로 배출하는 배기 덕트(360) 및 상기 조화공기 통로가 상기 전력 및 통신 케이블 공동구와 분리되어 설치되는 프리캐스트 콘크리트 이중 바닥(380)을 포함하는 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방재터널 내부의 지열인 습기가 많은 13± 2℃의 저온 공기는 상기 공조장치(210)를 경유하여 상기 데이터센터 건축물의 랙 유닛을 공냉식으로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 랙 유닛에서 방출되는 더운 공기는 상기 데이터센터 건축물의 바닥을 통해 공급되는 냉각 공기와 혼합되지 않도록 차단하기위하여 상기 랙 유닛 상부에 설치된 흡기 디퓨저(350)와 배기 덕트(360)로 모아서 상기 배기 터널(130)을 통해서 터널 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 랙 유닛에서 방출되는 더운 공기를 동절기에 사무관리동의 난방용으로 재활용할지 여부를 판단하는 온도 측정 및 제어부(230)를 추가로 포함하는 방재터널에 구축된 에너지 절약형 인터넷 데이터센터.
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