오늘날 고성능 프로세서는 상당한 열을 발생시키며, NPU 또는 GPU 서버는 50 kW 이상의 전력을 소비할 수 있다. 따라서 기존 공랭식 냉각의 한계에 도달했으며, 액체 냉각 시스템이 연구되고 있다. 본 연구는 공랭식 장비를 사용하는 고밀도 IT 전력을 위한 랙 기반 냉각 솔루션인 후면 도어 열교환기(RDHx) 시스템의 에너지 효율, IT 운용 환경 및 열 성능에 대한 최초의 포괄적 수치 해석을 제시한다. 방법론: 냉각 시스템의 구성과 아키텍처 요소를 결정하는 주요 요인은 랙당 15 kW의 높은 IT 전력 밀도 및 이에 해당하는 냉각 방식이다. 본 연구에서는 150 kW의 IT 부하를 하나의 모듈로 정의하였다. RDHx 액체 냉각 시스템은 이 모듈을 기반으로 설계하였으며, 그 열 성능과 에너지 효율을 분석하였다. 150 kW IT 부하는 데이터 센터 개념에서 가장 작은 모듈의 수용 능력을 충족하며, 향후 시연을 위한 목표 수용 능력이 될 것이다. 결과: CFD 수치 해석을 통해 RDHx가 공급 공기 온도 24°C에서 ASHRAE 기준 내로 안정적인 IT 환경을 유지함이 확인되었다. 또한 2차 CDU의 냉수 공급 온도는 14°C까지, 1차 칠러의 경우 12°C까지 상승시킬 수 있었다. 30 MW 기준 데이터 센터를 위한 중앙 냉수 시스템을 설계하고 분석한 결과, 12°C의 공급 온도와 겨울철 응축기 물 환수 온도 변화에 따라 효율이 증가하였으며, 그로 인해 연간 PUEcooling 범위는 1.25~1.33이고 평균은 1.27로 나타났다. 랙 기반 냉각의 연간 에너지 소비 분포는 칠러에서 약 46%, 팬에서 21%, 펌프에서 33%로 나타났다. 이러한 결과는 데이터 센터 냉각에 대한 핵심적인 통찰을 제공하며, 고밀도 데이터 센터에서 RDHx 시스템의 적용을 뒷받침한다.

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