JP2008002690A

JP2008002690A - 空調システム

Info

Publication number: JP2008002690A
Application number: JP2006169566A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Kawamura; 貢河村; Yoshito Arai; 義人荒井; Mitsuhiro Takahashi; 満博高橋; Hiroatsu Hayakawa; 浩厚早川
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-06-20
Also published as: JP4640675B2

Abstract

【課題】新たに設ける設備を最低限に抑えながら、省エネルギーで、効率よく活用できる空調システムを提供する。
【解決手段】機器を上下に搭載したラックＬが整列したラック列Ｌ₁〜Ｌ₄を複数並べて設置した機器室等を空調部１により空調する空調システムＡＳにおいて、機器の電流値をラックＬ毎に管理する機器配電盤Ｐと、機器配電盤Ｐの管理する電流値からラックＬ毎の機器発熱量の予測値を演算し、予測値により空調部を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、サーバ等による発熱密度の高い部屋の空調システムに関するものである。

従来から、サーバ等の機器は、ラック内に多段に収容され、このラックは、ラック列として並べられ、機器室内に設置されている。

近年、インターネット等の普及により、通信・情報設備が充実するにつれて、サーバの電力・熱負荷密度は、約５〜６ＫＷ／ｍ²に急速に上昇し、ブレード型サーバでは更に１０〜１１ＫＷ／ｍ²程度となっている。

このような電力・熱負荷密度が高い部屋の空調システムとして、従来、サーバ等の機器を搭載したラック列間の各通路空間部の上方に局所冷却装置を、ラックの上部に送風機を設置し、局所冷却装置からの低温の空調空気が開口部内からラック内に取り入れられ、機器からの排熱が送風機により局所的に処理される空調システムがある（特許文献１）。

この発明によれば、局所冷却装置がラックとは分離、独立して設置されているので、一部の局所冷却装置に故障が発生しても静圧の変動が少なく、また、既存の設備への対応も容易でメンテナンス性も良好となる。
特開２００３−１６６７２９号公報

しかしながら、上記特許文献１のような空調システムでは、局所冷却装置を新たに設置する必要があり、メンテナンス等の管理が必要となっていた。また、サーバ等の負荷に対して、局所冷却装置自体にかかる負荷がさらに加わることとなり、結果的に効率の悪いものとなっていた。さらに、３台ほどのラック一組に対して局所冷却装置を１台設置する構造なので、ラック１台毎の集中的な冷却ができず、効率が悪かった。

本発明は上記課題を解決し、新たに設ける設備を最低限に抑えながら、省エネルギーで、効率よく活用できる空調システムを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するものであって、機器を上下に搭載したラックが整列したラック列を複数並べて設置した機器室等を空調部により空調する空調システムにおいて、前記機器の電流値を前記ラック毎に管理する機器配電盤と、前記機器配電盤の管理する前記電流値から前記ラック毎の機器発熱量の予測値を演算し、前記予測値により空調部を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

また、前記空調システムは、室温センサを備え、前記制御装置は、前記室温センサの検出する検出値により前記空調部を制御することを特徴とする。

また、前記空調部は、前記ラック列間に一つおきに送風する空調機を備えたことを特徴とする。

また、前記空調部は、前記ラック列間に一つおきに機器室内に送風する空気風量調整手段を備えたことを特徴とする。

また、前記空気風量調整手段は、前記ラック毎に備えることを特徴とする。

また、前記機器室等は、床下チャンバを備え、前記空気風量調整手段は、床面に設置されることを特徴とする。

また、前記空調部は、前記ラック列間の前記空気風量調整手段の無い側に機器室外に送風する排気手段を備えたことを特徴とする。

また、前記機器室等は、天井チャンバを備え、前記排気手段は、天井面に設置されることを特徴とする。

本発明によれば、機器配電盤の管理情報を空調システムの制御に適用することで、新たに設ける設備を最低限に抑えながら、省エネルギーで、効率よく活用することができる。また、空気風量調整手段をラック毎に設けることで、ラック１台毎に対する制御を可能とする。

以下、図面を参照して空調システムの実施形態を説明する。図１は本実施形態である空調システムの概念図を示す。なお、実際の空調機はラック列と平行に送風するように設置されているが、図１では便宜上位置を変更している。図中、１は空調部、２は空調機、３は空気風量調整手段の一例としてのＶＡＶグレーチング吹出口、４は吹出口、５はダンパ、６は排気手段の一例としての排気ファン、７は室温センサ、７ａはクール室温センサ、７ｂはホット室温センサ、１０は室、１１は機器室、１１ａはクールコリドー、１１ｂはホットコリドー、１２はレタンチャンバ、１３は床下チャンバ、１４は天井チャンバ、１６は壁面、１７は床面、１８は天井面、２１は第１開口部、２２は床面開口部、２３は天井面開口部、２４は第２開口部、ＡＳは空調システム、Ａは空気、Ｌはラック、Ｌ₁〜Ｌ₄はラック列である。

本実施形態の空調システムＡＳの室１０の構造を説明する。ラックＬが設置される機器室１１は、壁面１６を隔てて、空調機２が設置されているレタンチャンバ１２が形成されると共に、二重床構造となっており、床面１７の下は床下チャンバ１３が形成されている。レタンチャンバ１２と床下チャンバ１３との間には第１開口部２１が設けられている。機器室１１と床下チャンバ１３との間の床面１７には、床面開口部２２が設けられており、床面開口部２２には、ＶＡＶグレーチング吹出口３が設置されている。機器室１１の天井面１８の上には天井チャンバ１４が形成されている。機器室１１と天井チャンバ１４との間の天井面１８には、天井面開口部２３が設けられており、天井面開口部２３には、排気ファン６が設置されている。天井チャンバ１４とレタンチャンバ１２との間には第２開口部２４が設けられている。

ＶＡＶグレーチング吹出口３は、図２に示すように、スラブＳ上に設けた支柱Ｍに支持され空気Ａが通過する床面吹出口４と、開閉自在なダンパ５とを有し、空気Ａの量を調整しながら、床下チャンバ１３から機器室１１へ空気Ａを通過させている。

機器室１１には、床面１７に通信・情報処理機器を搭載したラックＬの列が設置され、本実施形態ではＬ₁〜Ｌ₄の４列が設置されている。ラックＬは、サーバ等の機器を多段に積層し、前面又は後面に保守点検用の開口を有しており、空気Ａが前面から後面に流れるようになっている。ラック列は１列ごとにラックＬの前面又は後面同士が向かい合うように並べられており、本実施形態では、第１ラック列Ｌ₁と第２ラック列Ｌ₂との間、及び、第３ラック列Ｌ₃と第４ラック列Ｌ₄との間がラックＬの前面、壁面１６と第１ラック列Ｌ₁との間、及び、第２ラック列Ｌ₂と第３ラック列Ｌ₃との間がラックＬの後面となっている。

第１ラック列Ｌ₁と第２ラック列Ｌ₂との間の床面にはＶＡＶグレーチング吹出口３₁，３₂が形成され、同様に、第３ラック列Ｌ₃と第４ラック列Ｌ₄との間の床面１７にはＶＡＶグレーチング吹出口３₃，３₄が形成されており、第１ラック列Ｌ₁と第２ラック列Ｌ₂との間には、ラックＬ内の機器を冷却するための空気Ａが通過するクールコリドー１１ａ₁₂、第３ラック列Ｌ₃と第４ラック列Ｌ₄との間にはクールコリドー１１ａ₃₄が形成されている。

また、ＶＡＶグレーチング吹出口３の無い側の壁面１６と第１ラック列Ｌ₁との間の天井面開口部２３には排気ファン６１が形成され、同様に、ＶＡＶグレーチング吹出口３の無い側の第２ラック列Ｌ₂と第３ラック列Ｌ₃との間の天井面２３には、排気ファン６₂₃が形成されており、壁面１６と第１ラック列Ｌ₁との間には、ラックＬ内の機器を冷却し温まった空気Ａが通過するホットコリドー１１ｂ₁、第２ラック列Ｌ₂と第３ラック列Ｌ₃との間にはホットコリドー１１ｂ₂₃が形成されている。

さらに、クールコリドー１１ａ及びホットコリドー１１ｂの上方には室温を検知する室温センサ７が設置され、クールコリドー１１ａ₁₂，１１ａ₃₄の上方の室温センサ７をクール室温センサ７ａ₁₂，７ａ₃₄、ホットコリドー１１ｂ₁，１１ｂ₂₃の上方の室温センサ７をホット室温センサ７ｂ₁，７ｂ₂₃としている。

なお、本実施形態ではラック列Ｌ₁〜Ｌ₄を４列設置したが、ラック列は４列に限らず、何列設置してもよい。その際、ＶＡＶグレーチング吹出口３を設置したクールコリドー１１ａと、排気ファン６を設置したホットコリドー１１ｂとは一つおきにする。

また、第１ラック列Ｌ₁と第２ラック列Ｌ₂との間、及び、第３ラック列Ｌ₃と第４ラック列Ｌ₄との間の機器前面側にＶＡＶグレーチング吹出口３を設置してクールコリドー１１ａとし、壁面１６と第１ラック列Ｌ₁との間、及び、第２ラック列Ｌ₂と第３ラック列Ｌ₃との間の機器後面側に排気ファン６を設置してホットコリドー１１ｂとしたが、逆でもよい。特に、機器又はラックＬの排気方向にホットコリドー１１ｂを設けるのが望ましい。

次に、本実施形態の空調システムＡＳの空気Ａの流れを説明する。まず、機器室１１と壁面１６を隔てたレタンチャンバ１２に設置した空調機２から、新鮮な空気Ａを排出する。排出された空気Ａは第１開口部２１を通過し、機器室１１の床面１７の下部に設けた床下チャンバ１３へ供給される。床下チャンバ１３には、吹出口４及びダンパ５を有するＶＡＶグレーチング吹出口３が設けられ、ＶＡＶグレーチング吹出口３は床下チャンバ１３から機器室１１へ流量を調整しながら空気Ａを通過させている。ＶＡＶグレーチング吹出口３を通過した空気Ａは、機器室１１のクールコリドー１１ａへ吹き出す。この時の空気Ａの温度は第１室温センサ７ａにより検知される。その後、空気Ａは通信・情報処理機器を搭載したラックＬを通過し、ホットコリドー１１ｂへ流れる。この時の空気Ａの温度は第２室温センサ７ｂにより検知される。次に、空気Ａは天井面１８に設置した排気ファン６により機器室１１から天井チャンバ１４へ流れ、第２開口部２４を通過しレタンチャンバ１２へ戻る。

次に、空調システムＡＳの制御について図１乃至図４を用いて説明する。図３は空調システムＡＳのブロック図、図４は空調システムＡＳの機器発熱予測制御の概要を示す図である。図３において、Ｐはサーバ配電盤、Ｃは制御装置である。

本実施形態の空調システムＡＳにおける制御では、クールコリドー１１ａに設置したクール室温センサ７ａとホットコリドー１１ｂに設置したホット室温センサ７ｂとにより、各コリドー内の雰囲気温度を検知すると共に、機器配電盤の一例としてのサーバ配電盤Ｐにより各ラックＬ内の機器の電流値を検知し、制御装置Ｃは、サーバ配電盤Ｐの管理する電流値から各ラックＬの発熱量の予測値を演算し、その予測値と室温センサ７の検出値とにより空調部１である空調機２、ＶＡＶグレーチング吹出口３のダンパ５及び排気ファン６等を制御する。

次に、制御系の概要を示す。例えば、図４のように、機器室に設置したラックに対して、ラック列を上からラック列Ｌ₁、ラック列Ｌ₂のように示し、各ラック列のラックを左からラックＬ_1-1、ラックＬ_2-1のように示す。すなわち本実施形態では各ラック列にはそれぞれ１３個のラックが並んでいるので、一番上の左端のラックは、ラックＬ_1-1とし、一番下の右端のラックは、ラックＬ_4-13とする。

空調機２は、ラック列Ｌ₁とラック列Ｌ₂間の第１クールコリドー１１ａ₁₂用の第１空調機２ａ、ラック列Ｌ₃とラック列Ｌ₄間の第２クールコリドー１１ａ₃₄用の第２空調機２ｂを設置する。ＶＡＶグレーチング吹出口３は、各ラックＬに対して一つ設置され、一番左上のラックＬ_1-1に対応するものをＶＡＶグレーチング吹出口３_1-1とし、一番右下のラックＬ_4-13に対応するものをＶＡＶグレーチング吹出口３_4-13とする。また、各ラックＬの電流値の大小を濃淡で表示しておくが、実際には、カラー表示するのが好ましい。その他、各設備は、図１に示したように設置され、図３に示したブロック図のように連結されている。

まず、室温センサ７に基づく制御に関して説明する。クールコリドー１１ａのうち、第１クールコリドー１１ａ₁₂に設置された第１クール室温センサ７ａ₁₂が通常よりも高温を検知した場合、制御装置Ｃは、第１空調機２ａの風量を大きくするか、又は、温度を低くするように制御する。また、ホットコリドー１１ｂのうち、第１ホットコリドー１１ｂ₁に設置された第１ホット室温センサ７ｂ₁が通常よりも高温を検知した場合、制御装置Ｃは、図１における第１排気ファン６ａ₁の回転数を上げるように制御する。

次に、サーバ配電盤Ｐに基づくサーバ発熱予測制御に関して説明する。例えば、図４のように、サーバ配電盤Ｐからの信号により、ラック列Ｌ₁の一番左のラックＬ_1-1が電流値の多いことを表す濃い色で示され、隣のラックＬ_1-2が薄い色で示されている場合、ラックＬ_1-1の発熱量が多く、ラックＬ_1-2の発熱量が少ないと予測する。すると、制御装置Ｃは、ラックＬ_1-1に対応する箇所のＶＡＶグレーチング吹出口３_1-1のダンパ５_1-1の開閉角を制御し、空気風量を多くする。

なお、空調機２の温度設定や風量設定、ＶＡＶグレーチング吹出口３のダンパ５の開閉角、排気ファン６の回転数等をそれぞれ組み合わせて制御すると、さらに細かい制御が可能となる。また、排気ファン６及び室温センサ７は、各コリドーに複数個設けてもよい。さらに、ＶＡＶグレーチング吹出口３は必ずしもラックＬ毎に設ける必要はなく、ラックＬ２台に対してＶＡＶグレーチング吹出口３を一つ設けるというように調整してもよい。

このようにサーバ配電盤Ｐの管理情報を空調システムＡＳの制御に適用することで、新たに設ける設備を最低限に抑えながら、省エネルギーで、効率よく活用することができる。また、ＶＡＶグレーチング吹出口３をラックＬ毎に設けることで、ラック１台毎に対する制御を可能とする。

本実施形態の空調システムを示す図本実施形態のＶＡＶグレーチング吹出口を示す図本実施形態の空調システムのブロック図本実施形態の空調システムのサーバ発熱予測制御を示す図

符号の説明

１…空調部、２…空調機、３…ＶＡＶグレーチング吹出口（空気風量調整手段）、４…吹出口、５…ダンパ、６…排気ファン（排気手段）、７…室温センサ、１０…室、１１…機器室、１１ａ…クールコリドー、１１ｂ…ホットコリドー、１２…レタンチャンバ、１３…床下チャンバ、１４…天井チャンバ、１６…壁面、１７…床面、１８…天井面、２１…第１開口部、２２…床面開口部、２３…天井面開口部、２４…第２開口部、ＡＳ…空調システム、Ａ…空気、Ｌ…ラック、Ｌ₁〜Ｌ₄…ラック列、Ｐ…サーバ配電盤（機器配電盤）、Ｃ…制御装置

Claims

機器を上下に搭載したラックが整列したラック列を複数並べて設置した機器室等を空調部により空調する空調システムにおいて、前記機器の電流値を前記ラック毎に管理する機器配電盤と、前記機器配電盤の管理する前記電流値から前記ラック毎の機器発熱量の予測値を演算し、前記予測値により空調部を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする空調システム。
前記空調システムは、室温センサを備え、前記制御装置は、前記室温センサの検出する検出値により前記空調部を制御することを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
前記空調部は、前記ラック列間に一つおきに送風する空調機を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の空調システム。
前記空調部は、前記ラック列間に一つおきに機器室内に送風する空気風量を調整する空気風量調整手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の空調システム。
前記空気風量調整手段は、前記ラック毎に備えることを特徴とする請求項４に記載の空調システム。
前記機器室等は、床下チャンバを備え、前記空気風量調整手段は、床面に設置されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の空調システム。
前記空調部は、前記ラック列間の前記空気風量調整手段の無い側に機器室外に送風する排気手段を備えたことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の空調システム。
前記機器室等は、天井チャンバを備え、前記排気手段は、天井面に設置されることを特徴とする請求項７に記載の空調システム。