CN102483256B - 用于管理服务器室的空气调节系统和空气调节控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的空气调节系统(20)通过回气管道(21)和供气管道(26)连接到服务器室(10)，上述服务器室(10)在分离的第一空间(13)与第二空间(14)之间设置容纳了多个服务器的服务器机柜(12-1～12-4)，并且形成有从底板下流入到第一空间(13)的冷气被服务器的发热加热后从第二空间(14)作为回气流出的这样的气流，上述空气调节系统(20)设定用于生成预先设定的供气温度的目标范围和供气湿度的目标范围内的供气的控制内容，根据设定的控制内容控制系统内的各设备的动作。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及用于管理服务器室的空气调节系统和空气调节控制方法。
背景技术
近年，在各种领域中随着IT化的进步，向顾客提供与网络的连接线路或维护/运用服务等的数据中心的必要性增高了。
一般在如数据中心等这样的服务器室的室内都设置有多个服务器，因此室内的发热量很大。由于这个原故，为了使这些服务器正常运转，必须要对服务器室的室内适当地进行空气调节，以保持在规定范围的环境条件。
作为用于冷却如服务器室这样地设置有多个计算机的室内的现有技术，有构成为通过向室内的上部空间吹出从下部空间吸入的空气来向服务器机柜上部吸入空气的空气调节系统。
通过利用该现有技术，可以减少整个室内温度梯度，并且减少供气温度的偏差，以进行效率良好的空气调节控制。
在先技术文献
专利文献：
专利文献1：日本特开2005－172309号公报(JP 2005－172309A)
发明内容
在如服务器室这样应进行空气调节的对象负荷是信息设备的情况下，具有如下等与普通大厦的状态不同的特征，例如负荷几乎都是显热负荷；温度和湿度是一定的目标范围即可；不会因负荷而产生CO2，所以不需要用于防止CO2浓度上升的换气等。但是，如上所述的现有技术并没有进行与这些特征相对应的空气调节控制，存在有时白白消耗了能量的问题。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种用于管理服务器室的空气调节系统和空气调节控制方法，该空气调节系统和空气调节控制方法能够进行节能效果高且效率良好的空气调节控制。
为了达到上述目的，实施方式涉及的空气调节系统是一种用于管理服务器室的空气调节系统，上述服务器室具有分离的第一空间和第二空间，在上述第一空间与上述第二空间之间设置有服务器，流入到上述第一空间的供气被上述服务器的发热加热后，经由上述第二空间作为回气流出，上述空气调节系统具备：外气导入装置，调整外气的导入量来进行导入；回气导入装置，调整从上述服务器室的第二空间流出的上述回气的导入量来进行导入；加湿器，能够加湿上述外气和上述回气中的至少一方；冷却器，能够冷却上述外气和上述回气中的至少一方；鼓风机，将来自上述加湿器的上述回气和上述外气以及来自上述冷却器的上述回气和上述外气作为上述供气，使上述供气流入到上述第一空间，并使上述回气从上述第二空间流出；和控制装置，上述控制装置具备：外气状态测量值取得部，取得外气温度测量值和外气湿度测量值；控制内容设定部，根据由上述外气状态测量值取得部取得的上述外气温度测量值和上述外气湿度测量值，判断外气状态对应于第一空气状态范围、第二空气状态范围、第三空气状态范围、第四空气状态范围和第五空气状态范围中的哪个空气状态范围，为了生成在供气温度目标范围内且供气绝对湿度目标范围内且供气相对湿度目标范围内的供气，设定与所判断的外气的空气状态范围相对应的控制内容，其中，上述第一空气状态范围是，外气状态在上述供气温度目标范围内，并且在上述供气绝对湿度目标范围内，并且在上述供气相对湿度目标范围内；上述第二空气状态范围是，外气状态低于上述供气绝对湿度目标范围的下限值并且低于与上述第一空气状态范围相对应的焓范围的下限值；上述第三空气状态范围是，外气状态在上述供气绝对湿度目标范围内，并且低于上述供气温度目标范围的下限值或在上述供气相对湿度目标范围的上限值以上；上述第四空气状态范围是，外气状态在上述焓范围内，并且低于上述供气绝对湿度目标范围的下限值或超过上述供气温度目标范围的上限值；上述第五空气状态范围是，外气状态在上述第一空气状态范围、上述第二空气状态范围、上述第三空气状态范围和上述第四空气状态范围以外的范围；和控制部，根据由上述控制内容设定部设定的控制内容，控制上述外气的导入量、上述回气的导入量、上述加湿器的控制量、上述冷却器的控制量、以及上述鼓风机的送风量，其中，在判断为外气状态对应上述第五空气状态范围时，将控制内容设定为，仅导入上述回气，并利用上述冷却器进行冷却处理。
附图说明
图1是示出第一实施方式和第二实施方式涉及的空气调节系统的结构的整体图。
图2是示出第一实施方式和第二实施方式涉及的空气调节系统的控制装置的结构的框图。
图3是在空气线图上示出在第一实施方式和第二实施方式涉及的空气调节系统的控制装置中分类的外气状态范围的图表。
图4是在空气线图上示出在其他实施方式涉及的空气调节系统中进行空气调节控制时的空气状态变化的说明图。
图5是在空气线图上示出在其他实施方式涉及的空气调节系统中进行空气调节控制时的空气状态变化的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明实施方式。
(第一实施方式)
<第一实施方式涉及的服务器室管理系统的结构>
关于第一实施方式涉及的服务器室管理系统的结构，参照图1进行说明。
第一实施方式涉及的服务器室管理系统1包括数据中心等服务器室10和进行服务器室10的空气调节的空气调节系统20。
在服务器室10中设置具有多个开口部11a的双层底板11。在双层底板11上设置容纳了多个服务器(未图示)的多个服务器机柜12－1～12－4。在服务器室10中，依靠已设置的服务器内的鼓风机或者设置在服务器机柜12－1～12－4中的鼓风机的运转，如图1箭头所示，将流入到双层底板11下部的冷气，从双层底板11上的开口部11a吸入到双层底板11的上部。利用这样的结构，在服务器室10中产生气流，使得吸入的冷气被服务器的发热加热后作为回气而流出。通过产生这样的气流而在双层底板11的上部形成冷区13和热区14，上述冷区13作为含有被服务器机柜12－1～12－4吸入的冷气的第一空间，上述热区14作为含有从服务器机柜12－1～12－4吹出的暖气的第二空间。利用这样的结构，服务器中产生的热由冷气进行冷却，服务器成为可正常运转的状态。
空气调节系统20具备回气管道21、回气温度传感器22、排气用风门23、室内单元24、室外单元25、供气管道26、外气温度传感器27、外气湿度传感器28、以及控制装置29。
回气管道21是通过空气的管，连接服务器室10的热区14和空气调节系统20的室内单元24。
回气温度传感器22测量从热区14流入的回气温度，并向控制装置29发送测量值。
排气用风门23利用开度调整从回气管道21向外部排出的回气量。
室内单元24具备回气导入用风门241、外气导入用风门242、过滤器243、加湿器244、冷却盘管245、鼓风机246、供气温度传感器247、以及供气湿度传感器248。作为回气导入装置的回气导入用风门241，利用开度对从回气管道21向室内单元24内导入的回气量进行调整。作为外气导入装置的外气导入用风门242，利用开度对导入到室内单元24内的外气量进行调整。过滤器243从外气导入用风门242为开状态时导入的外气和回气导入用风门241为开状态时从回气管道21导入的回气中去除尘埃。加湿器244根据需要对已在过滤器243中去除了尘埃的外气和回气进行加湿。作为冷却器的冷却盘管245，根据需要对已在过滤器243中去除了尘埃的外气和回气进行冷却，生成冷气。鼓风机246使已由加湿器244根据需要加湿并且由冷气盘管245根据需要冷却后生成的冷气，从供气管道26经由服务器室10的底板下流入到冷区13中。供气温度传感器247测量流入到服务器室10中的供气温度，并将测量值发送给控制装置29。供气湿度传感器248测量流入到服务器室10中的供气湿度，并将测量值发送给控制装置29。
室外单元25与冷却盘管245连接，供应在冷却盘管245中生成冷气时所使用的制冷剂。
供气管道26是通过空气的管，连接室内单元24和与服务器室10的冷区13相连的底板下方。
外气温度传感器27测量外气温度，将测量值发送给控制装置29。
外气湿度传感器28测量外气湿度，将测量值发送给控制装置29。
控制装置29如图2所示，具备存储部291、外气状态测量值取得部292、控制内容设定部293、以及控制部294。存储部291存储供给服务器室10的供气的温度和湿度的目标范围。外气状态测量值取得部292取得在外气温度传感器27中测量到的外气温度的测量值和在外气湿度传感器28中测量到的外气湿度的测量值。控制内容设定部293根据存储部291中存储的供气的温度和湿度的目标范围，设定用于生成预先设定的温度和湿度的范围内的供气的控制内容。控制部294根据控制内容设定部293中设定的控制内容，控制空气调节系统20内的各设备的动作。
<第一实施方式涉及的服务器室管理系统的动作>
下面关于第一实施方式涉及的服务器室管理系统1的动作进行说明。
在第一实施方式中，在服务器室管理系统1的控制装置29的存储部291中预先存储有供给服务器室10的供气的温度和湿度的目标范围。
在第一实施方式中，作为供给服务器室10的供气的温度和湿度的目标范围，遵照美国采暖、制冷与空气调节工程师学会(ASHRAE：AmericanSociety of Heating，Refrigerating and Air－Conditioning Engineers)的规定(ASHRAE 2008)，假设在存储部291中存储有温度的目标范围：18～27℃、绝对湿度的目标范围：0.0056～0.0107kg/kg(DA)、相对湿度的目标范围：60％以下这些信息。
说明在这样地在存储部291中存储有供气温度和供气湿度的目标范围的状态下，在控制装置29中进行各设备的控制时的动作。
首先，在由控制内容设定部293取得已在外气状态测量值取得部292中取得的外气温度和外气湿度的测量值。
接着，在控制内容设定部293中，根据存储部291中存储的供气的温度和湿度的目标范围，设定用于生成预先设定的温度和湿度的范围内的供气的控制内容。关于在控制内容设定部293中执行的控制内容的设定处理详细地进行说明。
首先，根据取得的外气温度和外气湿度的测量值，判断当前外气状态对应如图3所示地分割后的空气线图上的哪个区域。在此，上述空气线图是根据温度、绝对湿度、相对湿度、焓等了解湿空气的状态的线图。
在图3的空气线图中，将用饱和线X100表示的相对湿度100％(饱和状态)以下的空气状态，根据在上述温度和湿度的目标范围中示出的值、以及与温度的目标范围和湿度的目标范围所对应的范围内的空气状态相对应的焓的上限值和下限值，被分割成以下所示的5个表示空气状态范围的区域I～V。在第一实施方式中，假设与上述温度的目标范围和湿度的目标范围对应的焓的上限值是50kJ/kg(DA)，下限值是35kJ/kg(DA)。
区域I(第一空气状态范围)：区域I是与温度、绝对湿度和相对湿度的目标范围相同的范围，即、是在图3的空气线图上满足下述式(1)的范围。
[数式1]
(温度T：18℃≦T≦27℃)
∩(绝对湿度X：0.0056kg/kg(DA)≦X≦0.0107kg/kg(DA))
∩(相对湿度R：R≦60％) 式(1)
区域II(第二空气状态范围)：区域II是低于绝对湿度的目标范围的下限值且低于焓的目标范围的下限值的范围，即、是在空气线图上满足下述式(2)的范围。
[数式2]
(绝对湿度X：X<0.0056kg/kg(DA))
∩(比焓H：H<35kJ/kg(DA)) 式(2)
区域III(第三空气状态范围)：区域III是在绝对湿度的目标范围内并且低于温度的目标范围的下限值或在相对湿度的目标范围的上限值以上的范围，即、是在空气线上满足下述式(3)的范围。
[数式3]
(绝对湿度X：0.0056kg/kg(DA)≦X≦0.0107kg/kg(DA))
∩{(温度T：T<18℃)∪(相对湿度R：R≧60％)} 式(3)
区域IV(第四空气状态范围)：区域IV是在焓的目标范围内并且低于绝对湿度的目标范围的下限值或超过温度的目标范围的上限值的范围，即、是在空气线上满足下述式(4)的范围。
[数式4]
(比焓H：35kJ/kg(DA)≦H≦50kJ/kg(DA))
∩{(绝对湿度X：X<0.0056kg/kg(DA))∪(温度T：T>27℃)}
式(4)
区域V(第五空气状态范围)：区域V是上述区域I～IV以外的范围。
当判断当前外气状态对应这些区域I～V中的某个区域时，在控制内容设定部293中使用由外气状态测量值取得部292取得的外气温度和外气湿度的测量值、由回气温度传感器22测量到的回气温度的测量值、由供气温度传感器247测量到的供气温度的测量值、以及由供气湿度传感器248测量到的供气湿度的测量值，分别对每个区域如下所述地设定控制内容。在此假定作为控制对象的是从服务器室10内的服务器产生的热所引起的显热负荷，而不产生人的呼气等所引起的潜热负荷。从而，假设回气湿度是与供气湿度传感器248测量的供气湿度的测量值相同的值。
对应区域I时的控制内容：在当前外气状态处于区域I范围内时，可以将外气原样地作为供气。因此，决定控制内容为：通过使排气用风门23全开，关闭回气导入用风门241，并且使外气导入用风门242全开，来使外气导入比率α＝1。此外，这时不进行利用加湿器244的加湿处理和利用冷却盘管245的混合空气的冷却处理。
对应区域II时的控制内容：在当前外气状态处于区域II范围内时，决定控制内容为通过在外气中混合回气来对外气温度进行加温和加湿。具体地说，决定控制内容为：按照外气导入比率α，在0～100％间调整排气用风门23、回气导入用风门241和外气导入用风门242的开度，并且利用加湿器244进行必要量的加湿。
这时，基于外气温度和回气温度的测量值来调整外气导入比率α，使得作为供气的混合后的空气温度和湿度变为存储部291中存储的温度和湿度的目标范围中预先设定的范围内的值。
这样地调整了外气导入比率α后混合了外气和回气的空气的绝对湿度X，如下述式(5)所示地使用外气绝对湿度的测量值Xo、回气绝对湿度的测量值Xr、外气导入比率α来表示。
[数式5]
X＝Xo×α+Xr×(1－α) 式(5)
这时，要使混合后的空气的温度和湿度成为目标范围状态的供气，就需要进行相当于供气绝对湿度的目标值Xs0与混合后的空气的绝对湿度X之间的差分(Xs0－X)的加湿。提高该差分湿度所需要的加湿量在使用供气流量Fs时成为Fs×(Xs0－X)。然后，决定用于控制加湿器水量的阀(未图示)的控制内容以供应该加湿量。这时不进行利用冷却盘管245的混合空气的冷却处理。
再有，混合外气和回气后进行加湿时的加湿量被如上所述地决定，但也可以先预加湿成回气的绝对湿度等于{Xr+(X－Xs0)/(1－α)}，然后再使混合后的供气的绝对湿度等于Xs0。该情况下能够不需要混合后的供气的加湿。
假设外气温度的测量值是To℃，加湿后的回气温度是Tr2℃，供气温度的目标值是Ts0℃，则该情况下的外气导入比率α用下述式(6)表示。
[数式6]
α＝(Tr2－Ts0)/(Tr2－To) 式(6)
对应区域III时的控制内容：在当前外气状态处于区域III范围内时，决定控制内容为通过混合外气和回气来加温外气温度。具体地说，决定控制内容为：按照外气导入比率α，在0～100％间调整排气用风门23、回气导入用风门241和外气导入用风门242的开度。
假设外气温度的测量值是To℃，回气温度的测量值是Tr℃，供气温度的目标值是Ts0℃，则该情况下的外气导入比率α用下述式(7)表示。
[数式7]
α＝(Tr－Ts0)/(Tr－To) 式(7)
这时不进行利用加湿器244的加湿处理和利用冷却盘管245的混合空气的冷却处理。
对应区域IV时的控制内容：在当前外气状态处于区域IV范围内时，决定控制内容为对外气进行加湿。具体地说，决定控制内容为：通过使排气用风门23全开，关闭回气导入用风门241，并且使外气导入用风门242全开，来使外气导入比率α＝1，并且利用加湿器244进行必要量的加湿。
该情况下，假设外气绝对湿度的测量值是Xo，供气绝对湿度的目标值是Xs0，则必要的加湿量是Xs0－Xo。这时，外气温度随着加湿而从To℃下降到T℃。在供气温度的目标值Ts0℃低于T℃的情况下控制成，利用冷却盘管245进行冷却处理，使得外气变为供气温度的目标值。
对应区域V时的控制内容：在当前外气状态处于区域V范围内时，决定控制内容为冷却回气。具体地说，决定控制内容为：通过关闭排气用风门23，使回气导入用风门241全开，并且关闭外气导入用风门242，来使外气导入比率α＝0，并且利用冷却盘管245进行冷却和除湿处理。这时不进行利用加湿器244的加湿处理。
再有，在当前外气状态处于区域V范围内时，也可以在服务器室10内存在作业者而需要进行换气的情况下，预先对外气导入比率设定下限值来进行控制，以取入一定量的外气。
当利用上述处理，在控制内容设定部293中设定了控制内容时，控制部294根据设定的控制内容生成控制排气用风门23的开度、回气导入用风门241的开度、外气导入用风门242的开度、加湿器244和冷却盘管245的控制量、以及鼓风机246的送风量的控制信号，并发送给各设备。利用这样的结构进行空气调节系统20的控制，生成目标范围内的温度和湿度的供气。
以上，根据第一实施方式，按照外气的状态来转换空气调节系统20的控制内容，通过尽量利用外气并进行适于服务器管理的控制，能够进行节能效果高的用于服务器管理的空气调节控制。
(第二实施方式)
<第二实施方式涉及的服务器室管理系统的结构>
第二实施方式涉及的服务器室管理系统2的结构与第一实施方式涉及的服务器室管理系统1的结构相同，故省略详细的说明。
<第二实施方式涉及的服务器室管理系统的动作>
第二实施方式涉及的服务器室管理系统2的动作为，在控制内容设定部293中设定控制内容时，在存储部291中存储的温度和湿度的目标范围内计算最优的供气温度和湿度的目标值，根据这些目标值设定节能效果高的控制内容。
说明计算出耗能最小的供气温度和供气湿度的目标值的处理，作为第二实施方式中的最优的供气温度和供气湿度的目标值。
首先，被控制装置29控制的设备中所消耗的能量E能够用以下的式(8)表示。
[数式8]
E＝gcol(Fs×(αHo+(1－α)Hr－Hs))
+gfan(Fs)
+ghum(Fw) 式(8)
在此，Fs是供气流量，Fw是加湿用水量，α是外气导入比率，Ho是外气的比焓，Hr是回气的比焓，Hs是供气的比焓，gcol是示出冷却盘管的冷却量与耗能的关系的函数，gfan是示出供气流量与鼓风机的耗能的关系的函数，ghum是示出加湿用水量与加湿器的耗能的关系的函数。
其中，给水流量Fs、加湿用水量Fw、外气导入比率α、外气的比焓Ho(根据外气温度和外气绝对湿度的测量值算出)、回气的比焓Hr(根据回气温度和供气绝对湿度的测量值算出)、供气的比焓Hs(根据供气温度和供气绝对湿度的测量值算出)是可以通过测量或测量值计算出来的量。在此假定成为控制对象的是从服务器室10内的服务器产生的热所引起的显热负荷，而不产生人的呼气等所引起的潜热负荷。从而，假设回气绝对湿度是与供气湿度传感器248中测量的供气湿度的测量值相同的值。
此外，示出冷却盘管的冷却量与耗能的关系的函数gcol、示出供气流量与鼓风机的耗能的关系的函数gfan、示出加湿用水量与加湿器的耗能的关系的函数ghum，是示出构成控制装置29的设备的特性的函数，是已知的。因此，可以利用这些值计算出控制装置29中消耗的能量E。
第二实施方式涉及的控制装置29如第一实施方式中说明的那样，进行对利用排气用风门23、回气导入用风门241和外气导入用风门242的开度控制外气导入比率α的处理、利用冷却盘管245控制供气的冷却量的处理、利用加湿器244控制加湿量的处理中的某一个，或者组合其中的多个处理来控制供气温度和供气湿度。为此，通过设定供气温度和供气绝对湿度的目标值来决定排气用风门23、回气导入用风门241、外气导入用风门242、冷却盘管245、加湿器244的必要控制量。
关于供气流量Fs，利用下述式(9)，使用回气温度的测量值Tr、供气温度的测量值Ts0、空气的比热C、服务器的发热量Q加以计算。
[数式9]
Fs＝Q/C/(Tr－Ts0) 式(9)
若这样地考虑，就可以在已经给予了供气温度的目标值Ts0、供气绝对湿度的目标值Xs0和供气流量Fs的情况下，使用上述式(8)计算出必要的耗能E。
即，在使用了第二实施方式涉及的控制装置29的服务器室10内的空气调节控制中，以理论上必要最小限度的能量进行运转的情况可以说是使用将上述式(8)中计算出的耗能E设为最小的供气温度、供气湿度、供气流量的组合进行控制的情况。
因此，只要预先计算出在各条件的外气温度、外气湿度、服务器负荷中耗能最小的供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0，制成示出它们的关系的外气条件/供气条件关系表，并保持在控制内容设定部293中即可。利用这样的结构，就可以根据测量到的外气条件和服务器负荷计算出耗能最小的供气条件。
在此，服务器负荷Q可以使用服务器的消耗动力来计算，也可以使用下述式(10)来计算。在使用下述式(10)计算的情况下，在控制内容设定部293中，在根据外气条件/供气条件关系表进行的供气条件的计算处理之前执行该服务器负荷Q的计算处理。
[数式10]
Q＝Fs×C×(Tr－Ts) 式(10)
在此，Q是空气调节对象负荷，Fs是供气流量，C是空气比热，Tr是回气温度的测量值，Ts是供气温度的测量值。
使用这样计算出的供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0，如第一实施方式说明的那样地决定控制内容。然后，通过使供气温度的目标值Ts0和供气湿度的目标值Xs0按照外气状态的变化适当地变化来进行效率良好的空气调节控制。利用这样的结构，能够执行节能效果高的空气调节控制。
(其他实施方式)
关于当前外气状态处于区域I范围内时的其他实施方式进行说明。
在上述第一实施方式和第二实施方式中，已经关于在外气状态处于区域I范围内时不进行利用加湿器244的加湿处理和利用冷却盘管245的冷却处理的情况进行了说明。但是，也可以在室内单元24中由于鼓风机246的运转产生的发热等而导入的外气的温度上升时，进行控制使得利用冷却盘管245冷却外气，从而使供气温度的测量值收纳在区域I表示的范围中。
下面，关于当前外气状态处于区域II范围内时的其他实施方式进行说明。
如图4所示，考虑外气的测量值处于区域II内的点P2位置的状态，回气的测量值处于点Q1位置的状态时。该情况下，能够通过使回气混合到外气中来使温度上升。这时的混合后的空气状态对应图4的空气线图上的连结点P2和点Q1的线上的某个位置，其位置由外气导入比率α决定。
于是，选择焓和区域I中示出的范围内绝对湿度的差最小的点(图4的点b)相同的等焓线与连结点P2和点Q1的线之间的交点(图4的点a)，计算对应点a位置的外气导入比率α。从而能够进行使加湿量最小化的最优控制。
控制各风门的开度，以使导入的外气和回气按照这样计算出的比率进行混合，利用加湿器244进行加湿处理，使得成为区域I内的点b位置的状态。利用这样的结构，能够以最小能量消耗量生成温度和湿度的目标范围内的供气。
同样地，考虑外气的测量值处于区域II内的点P2位置的状态，回气的测量值处于点Q1位置的状态时。该情况下，首先利用加湿器244加湿处理回气，从而从点Q1位置的状态成为点Q2位置的状态。然后，控制各风门的开度，以使点Q2位置的回气和点P2位置的状态的外气按照如上所述地计算出的比率进行混合。利用这样的结构，能够进一步高效地生成温度和湿度的目标范围内的供气。这是因为：与加湿点a位置的空气相比较，进一步加湿温度较高的点Q1位置的空气更容易吸收水分，并且加湿处理效率高。
同样地，考虑外气的测量值处于区域II内的点P2’位置的状态，回气的测量值处于点Q1位置的状态时。该情况下，也选择连结点P2’和点Q1的线与上述的等焓线的交点(图4的点c)，将对应点c位置的状态的温度和绝对湿度作为供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0来进行控制。从而能够进行最优的控制。
在此，无论将对应连结点P2’和点Q1的线上的哪个位置的状态作为供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0，耗能都不变。但是，通过如上所述地进行处理，即使外气状态以需要加湿的情况和不需要加湿的情况连续地变化，也能够使供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0以等焓状态连续地变化。因此具有能够稳定地执行控制的优点。
下面，关于当前外气状态处于区域III范围内时的其他实施方式进行说明。
如图5所示，考虑外气的测量值处于区域III内的点P3位置的状态，回气的测量值处于点Q1位置的状态时。该情况下，也选择连结点P3和点Q1的线与上述的等焓线的交点(图5的点d)，将对应点d位置的状态的温度和绝对湿度作为供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0进行控制。从而能够进行最优控制。
在此，无论将对应连结点P3和点Q1的线上的哪个位置的状态作为供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0，耗能都不变。但是，通过如上所述地进行处理，即使外气状态在区域II范围中以需要加湿的情况和不需要加湿的情况连续地变化，也能够使供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0以等焓状态连续地变化。因此具有能够稳定地执行控制的优点。
下面，关于当前外气状态处于区域IV范围内时的其他实施方式进行说明。
在上述的第一实施方式和第二实施方式中说明了在外气状态处于区域IV范围内的情况下进行仅导入外气并对其进行加湿处理的空气调节控制。这时，通过选择与当前外气状态等焓的状态下的、对应区域I范围内绝对湿度差最小的点位置的状态的温度和绝对湿度，作为供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0，由此能够进行最优控制。
例如，考虑如图5所示地外气的测量值处于区域IV内的点P4位置的状态时。该情况下，选择处于通过点P4的等焓线上并且在区域I范围内绝对湿度差最小的点(图5的点e)，将对应点e位置的状态的温度和绝对湿度作为供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0来进行控制。从而能够以最小的能量消耗量生成温度和湿度的目标范围内的供气。
下面，关于当前外气状态处于区域V范围内时的其他实施方式进行说明。
在上述的第一实施方式和第二实施方式中说明了在外气状态处于区域V范围内的情况下通过仅导入回气并对其进行冷却处理来进行空气调节控制。在外气状态处于区域V范围内的情况下，如果当前外气的绝对湿度是供气的绝对湿度的目标范围的上限值以下，则只要将当前外气的绝对湿度选择为供气绝对湿度的目标值Xs0，将供气温度的目标范围的上限值选择为供气温度的目标值Ts0，即使仅导入外气并对其进行冷却处理，也能够进行最优的空气调节控制。
例如，考虑如图5所示，外气的测量值处于区域V内的点P5位置的状态时。该情况下，选择处于通过点P5的同一绝对湿度的线上且供气温度的目标范围的上限值的点(图5的点f)，将对应点f位置的状态的温度和绝对湿度作为供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0来进行控制。从而能够以最小的能量消耗量生成温度和湿度的目标范围内的供气。
此外，在此前说明的实施方式中关于设定使耗能最小化的供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0的情况进行了说明。但是，也可以取代上述式(8)而使用下述式(11)，使用利用它所计算出的与耗能相对应的成本Cost为最小的供气温度、供气绝对湿度、供气流量的组合来进行控制。
[数式11]
Cost＝a1×gcol(Fs×(αHo+(1－α)Hr－Hs))
+a2×gfan(Fs)
+a3×ghum(Fw)
+a4×Fw 式(11)
在此，a1是冷却盘管的耗能与成本的关系，a2是鼓风机的耗能与成本的关系，a3是与加湿有关的耗能与成本的关系，a4是加湿用水管流量与成本的关系，其他符号与式(8)相同。a1～a4可以是系数，也可以是函数，假设使用一般的冷却盘管与冷冻机的耗能/成本特性、鼓风机的耗能/成本特性、加湿器/成本特性、水消耗量/成本特性。
此外，也可以如第二实施方式中说明地，将预先保持在控制内容设定部293中的外气条件/供气条件关系表的内容，预先作为在各条件的外气温度、外气湿度、服务器负荷中相对于耗能的成本(必要开支)为最小的供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0。
通过这样地使用成本最小的供气温度的目标值Ts0和供气绝对湿度的目标值Xs0进行空气调节控制，能够降低服务器室管理系统的运转所需开支。
此外，在上述各实施方式中，作为供气的温度和湿度的目标范围，使用了遵照美国空气调节学会(ASHRAE)的规定的目标范围，但不限定于此，也可以按照控制对象的状态等使用其他目标范围。此外，如图3所示地分割的各区域也可以一部分或全部与其他区域相重叠。
已经说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明范围。这些新的实施方式可以用其他各种各样方式进行实施，能够在不脱离发明主旨的范围内进行各种各样的省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明范围和主旨中，并且包含在与权利要求中记载的发明等同的范围中。
Claims (10)
1.一种空气调节系统，用于管理服务器室，上述服务器室具有分离的第一空间和第二空间，在上述第一空间与上述第二空间之间设置有服务器，流入到上述第一空间的供气被上述服务器的发热加热后，经由上述第二空间作为回气流出，上述空气调节系统的特征在于，具备：
外气导入装置，调整外气的导入量来进行导入；
回气导入装置，调整从上述服务器室的第二空间流出的上述回气的导入量来进行导入；
加湿器，能够加湿上述外气和上述回气中的至少一方；
冷却器，能够冷却上述外气和上述回气中的至少一方；
鼓风机，将来自上述加湿器的上述回气和上述外气以及来自上述冷却器的上述回气和上述外气作为上述供气，使上述供气流入到上述第一空间，并使上述回气从上述第二空间流出；和
控制装置，上述控制装置具备：
外气状态测量值取得部，取得外气温度测量值和外气湿度测量值；
控制内容设定部，根据由上述外气状态测量值取得部取得的上述外气温度测量值和上述外气湿度测量值，判断外气状态对应于第一空气状态范围、第二空气状态范围、第三空气状态范围、第四空气状态范围和第五空气状态范围中的哪个空气状态范围，为了生成在供气温度目标范围内且供气绝对湿度目标范围内且供气相对湿度目标范围内的供气，设定与所判断的外气的空气状态范围相对应的控制内容，其中，上述第一空气状态范围是，外气状态在上述供气温度目标范围内，并且在上述供气绝对湿度目标范围内，并且在上述供气相对湿度目标范围内；上述第二空气状态范围是，外气状态低于上述供气绝对湿度目标范围的下限值并且低于与上述第一空气状态范围相对应的焓范围的下限值；上述第三空气状态范围是，外气状态在上述供气绝对湿度目标范围内，并且低于上述供气温度目标范围的下限值或在上述供气相对湿度目标范围的上限值以上；上述第四空气状态范围是，外气状态在上述焓范围内，并且低于上述供气绝对湿度目标范围的下限值或超过上述供气温度目标范围的上限值；上述第五空气状态范围是，外气状态在上述第一空气状态范围、上述第二空气状态范围、上述第三空气状态范围和上述第四空气状态范围以外的范围；和
控制部，根据由上述控制内容设定部设定的控制内容，控制上述外气的导入量、上述回气的导入量、上述加湿器的控制量、上述冷却器的控制量、以及上述鼓风机的送风量，
其中，在判断为外气状态对应上述第五空气状态范围时，将控制内容设定为，仅导入上述回气，并利用上述冷却器进行冷却处理。
2.根据权利要求1所述的空气调节系统，其特征在于，
上述控制内容设定部根据由上述外气状态测量值取得部取得的上述外气温度测量值和上述外气湿度测量值，
在判断为外气状态对应上述第一空气状态范围时，设定控制内容为，使回气量最小，
在判断为外气状态对应上述第二空气状态范围时，设定控制内容为，调整上述回气量和外气导入量，使得按规定比率混合外气和回气来进行导入，并且利用上述加湿器进行必要量的加湿处理，
在判断为外气状态对应上述第三空气状态范围时，设定控制内容为，调整回气量和外气导入量，使得按规定比率混合外气和回气来进行导入，
在判断为外气状态对应上述第四空气状态范围时，设定控制内容为，使回气量最小，并利用上述加湿器进行必要量的加湿处理。
3.根据权利要求2所述的空气调节系统，其特征在于，
上述控制内容设定部根据由上述外气状态测量值取得部取得的上述外气温度测量值和上述外气湿度测量值，
在判断为外气状态对应上述第二空气状态范围时，设定控制内容为，在利用上述加湿器进行了必要量的加湿处理之后混合外气和回气。
4.根据权利要求2所述的空气调节系统，其特征在于，
上述控制内容设定部根据由上述外气状态测量值取得部取得的上述外气温度测量值和上述外气湿度测量值，
在判断为外气状态对应上述第四空气状态范围时，设定控制内容为，进一步利用上述冷却器进行冷却处理。
5.根据权利要求2所述的空气调节系统，其特征在于，
上述控制内容设定部根据由上述外气状态测量值取得部取得的上述外气温度测量值和上述外气湿度测量值，
在判断为外气状态对应上述第五空气状态范围时，将外气导入量控制成预先设定的外气导入比率的下限值。
6.根据权利要求1所述的空气调节系统，其特征在于，
上述控制内容设定部根据由上述外气状态测量值取得部取得的上述外气温度测量值和上述外气湿度测量值，计算耗能为最小的供气的温度和湿度的目标值，根据计算出的供气的温度和湿度的目标值设定控制内容。
7.根据权利要求1所述的空气调节系统，其特征在于，
上述控制内容设定部根据由上述外气状态测量值取得部取得的上述外气温度测量值和上述外气湿度测量值，计算相对于耗能的必要开支为最小的供气的温度和湿度的目标值，根据计算出的供气的温度和湿度的目标值设定控制内容。
8.根据权利要求6所述的空气调节系统，其特征在于，
上述控制内容设定部预先保持示出外气温度和外气湿度与耗能为最小的供气的温度和湿度的目标值之间的对应关系的表，
根据上述表计算出与由上述外气状态测量值取得部取得的上述外气温度测量值和上述外气湿度测量值相对应的耗能最小的供气温度目标值和供气湿度目标值，
根据计算出的供气温度目标值和供气湿度目标值设定控制内容。
9.根据权利要求7所述的空气调节系统，其特征在于，
上述控制内容设定部预先保持示出外气温度和外气湿度与相对于耗能的必要开支为最小的供气的温度和湿度的目标值之间的对应关系的表，
根据上述表计算出与由上述外气状态测量值取得部取得的上述外气温度测量值和上述外气湿度测量值相对应的必要开支最小的供气温度目标值和供气湿度目标值，
根据计算出的供气温度目标值和供气湿度目标值设定控制内容。
10.一种空气调节系统的控制方法，该空气调节系统用于管理服务器室的空气调节，通过回气管道和供气管道与服务器容纳容器连接，上述服务器容纳容器具有分离的第一空间和第二空间，在上述第一空间与上述第二空间之间设置有多个服务器，流入到上述第一空间的冷气被上述服务器的发热加热后从上述第二空间作为回气流出，从而形成气流，
上述控制方法的特征在于，包括：
取得外气温度测量值和外气湿度测量值的工序；
根据取得的上述外气温度测量值和上述外气湿度测量值，判断外气状态对应于第一空气状态范围、第二空气状态范围、第三空气状态范围、第四空气状态范围和第五空气状态范围中的哪个空气状态范围，为了生成在供气温度目标范围内且供气绝对湿度目标范围内且供气相对湿度目标范围内的供气，设定与所判断的外气的空气状态范围相对应的控制内容的工序，其中，上述第一空气状态范围是，外气状态在上述供气温度目标范围内，并且在上述供气绝对湿度目标范围内，并且在上述供气相对湿度目标范围内；上述第二空气状态范围是，外气状态低于上述供气绝对湿度目标范围的下限值并且低于与上述第一空气状态范围相对应的焓范围的下限值；上述第三空气状态范围是，外气状态在上述供气绝对湿度目标范围内，并且低于上述供气温度目标范围的下限值或在上述供气相对湿度目标范围的上限值以上；上述第四空气状态范围是，外气状态在上述焓范围内，并且低于上述供气绝对湿度目标范围的下限值或超过上述供气温度目标范围的上限值；上述第五空气状态范围是，外气状态在上述第一空气状态范围、上述第二空气状态范围、上述第三空气状态范围和上述第四空气状态范围以外的范围；
根据设定的上述控制内容，控制外气的导入量、从上述第二空间向上述回气管道流出的回气的导入量、加湿器的控制量、冷却器的控制量以及鼓风机的送风量的工序，上述加湿器加湿所导入的外气和回气中的至少一方，上述冷却器冷却所导入的外气和回气中的至少一方，上述鼓风机将上述加湿器加湿后的空气和上述冷却器冷却后的空气作为供气，从上述供气管道流入到上述第一空间；以及
在判断为外气状态对应上述第五空气状态范围时，将控制内容设定为，仅导入上述回气，并利用上述冷却器进行冷却处理的工序。
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