JP2011220586A - サーバ室用空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】サーバを効率的に冷却でき、保守性やスペース効率に優れ、増設や更新にも容易に対応することが可能なサーバ室用空調システムを提供する。
【解決手段】サーバ室２を通風可能なグレーチング５により上下に区画して上層のサーバフロア３と下層のメカニカルフロア４の２層構造とする。サーバフロアに、多数のサーバラック１を給気ゾーン７を挟んで２列に並べて配列して１モジュールのサーバラック群Ｍを設定し、該サーバラック群の周囲に還気ゾーン８を確保する。メカニカルフロアに、１モジュールのサーバラック群の下方に位置して給気チャンバ１１を区画形成するとともにその周囲に還気チャンバ１２を確保し、給気チャンバと還気チャンバとの間にユニット型空調機６を設置し、該ユニット型空調機により冷気を調製して給気チャンバから給気ゾーンに供給し、還気を還気ゾーンから還気チャンバに吸引して循環させる。
【選択図】図２

Description

本発明はデータセンターや電算センターにおける空調システム、特に多数のサーバをサーバラックに収容して設置するサーバ室を対象とする空調システムに関する。

この種の空調システムとしては、サーバに対する冷却を効率的に行う目的でサーバ室内にコールドアイルとホットアイルを明確に分離して形成する所謂コールドアイル・ホットアイル空調方式によるものが主流となっている。
これは、たとえば特許文献１に示されているように、サーバ室の床を孔あきパネルを有する二重床として、その床上にサーバを収容した多数のサーバラックを間隔をおいて配列し、二重床から孔あきパネルを通してサーバラック間に給気（冷気）を上向きに吹き出すことによって、サーバ室内をコールドアイルすなわち二重床からの冷気（給気）が直接供給されて低温に維持されるゾーンと、ホットアイルすなわちサーバラックを冷却した後の還気（熱気）が流通するゾーンとに明確に分離するようにしたものである。

この場合、サーバラックをその周囲に通路や保守のための空間を確保して適正に配列するとともに、サーバラックの配列に対応させて冷気の給気経路および熱気の還気経路を適正に設定することにより、サーバラックの周囲にコールドアイルとホットアイルが自ずと分離された状態で形成されてサーバラックを効率的に冷却することが可能であるが、さらに要所に冷気および熱気の流通経路を規制するための遮蔽板や垂れ壁等を設置することにより、コールドアイルとホットアイルとの間で冷気や熱気のショートサーキットが生じてしまうことを確実に防止できて冷却効率の低下を防止することができるとされている。

特開２００４−１８４０７０号公報

ところで、上記のようなサーバ室を対象とする空調システムでは空調機の設置スペースを如何にして確保するかが重要な課題である。一般には、比較的小容量の空調機をサーバ室内に露出状態で分散配置するか、あるいはサーバ室に隣接して空調機室を設けてその内部にサーバ室全体の冷却負荷を処理する大型の空調機を設置することになるが、それぞれ次のような問題がある。
すなわち、前者の場合はサーバ室内のスペースが空調機のために犠牲になるし、空調機の保守管理のたびに作業員がサーバ室内に立ち入る必要があるのでセキュリティの点で好ましくない。一方、後者のようにサーバ室とは別に空調機室を設ける場合には、空調機が大型であるばかりでなくその周囲に保守スペースも確保する必要があることから空調機室のためにかなりのスペースを必要とし、したがってデータセンターの建物延面積のうちサーバ室として利用できる有効面積の割合が低下してしまうし、サーバ室の有効面積を犠牲にしなければならない場合もある。

また、いずれにしてもサーバは年々大容量化して冷却負荷が増大する傾向にあるので、それに応じて空調機の増設や冷却能力を増大させるための機器更新等の改修が必要となることも想定されるが、従来一般の空調システムでは増設や改修を行うためには大掛かりな工事が必要となることが通常であり、サーバ室を稼働しながらの工事は困難である。

上記事情に鑑み、本発明はサーバを効率的に冷却できることはもとより、保守性やスペース効率上の問題もなく、さらには増設や更新にも容易に対応することが可能である有効適切な空調システムを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、多数のサーバをサーバラックに収容して設置するサーバ室を対象とする空調システムであって、前記サーバ室を通風可能なグレーチングにより上下に区画して上層のサーバフロアと下層のメカニカルフロアとによる２層構造とし、前記サーバフロアに、多数のサーバラックを給気ゾーンを挟んで２列に並べて配列して１モジュールのサーバラック群を設定するとともに、該サーバラック群の周囲に還気ゾーンを確保し、前記メカニカルフロアに、前記１モジュールのサーバラック群の下方に位置して前記グレーチングを通して前記給気ゾーンに通じる給気チャンバを区画形成するとともに、該給気チャンバの周囲には前記グレーチングを通して前記還気ゾーンに通じる還気チャンバを確保し、前記給気チャンバと前記還気チャンバとの間にユニット型空調機を設置して、該ユニット型空調機により前記還気チャンバから還気を吸引して冷気を調製し前記グレーチングを通して前記給気ゾーンに供給するとともに、前記サーバラックを通過してサーバを冷却した還気を前記還気ゾーンから前記還気チャンバに吸引して循環させる構成としたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のサーバ室用空調システムであって、前記サーバフロアに複数モジュールのサーバラック群を配置して各サーバラック群の間に前記還気ゾーンを確保するとともに、該還気ゾーンの上部に遮蔽板や垂れ壁等の区画手段を設けて該還気ゾーンをホットアイルとして区画形成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のサーバ室用空調システムであって、前記ユニット型空調機の設置台数を前記１モジュールのサーバラック群の冷却負荷に応じて増減可能に構成したことを特徴とする。

本発明によれば、多数のサーバラックからなる１モジュールのサーバラック群をモジュール単位で冷却することとして、そのためのユニット型空調機をメカニカルフロアに設置したことにより、従来のように空調機を設置するための格別のスペースをサーバフロアやサーバ室外に確保する必要はなく、したがってサーバ室および建物全体の有効面積を損なうことなく効率的かつ経済的な運用が可能であるし、日常的な保守作業のために作業員がサーバフロアに立ち入る必要もないから高度のセキュリティが要求されるサーバ室に適用するものとして好適である。
特に、還気ゾーンの上部に遮蔽板や垂れ壁等の区画手段を設けることにより、還気ゾーンが明確なホットアイルとなって冷気および還気の循環経路が明確になり、効率的な冷却が可能である。
また、負荷増大時にはモジュール単位でユニット型空調機を増設可能としておくことにより、メカニカルフロアへのユニット型空調機の設置や増設、機種交換、移設を容易に行うことができて負荷増大に対して容易に対応可能であるし、その工事をサーバ室を稼働しながらの作業も可能である。

本発明の空調システムの実施形態を示すもので、サーバフロアおよびメカニカルフロアの当初の状況を示す平面図である。 同、断面図（図１におけるII−II線視拡大図）である。 同、サーバフロアおよびメカニカルフロアの増設後の平面図である。 同、断面図（図３におけるIV−IV線視拡大図）である。 同、他の構成例を示す図である。

図１〜図２に本発明の実施形態である空調システムの概要を示す。
これは、多数のサーバをサーバラック１に収容して設置するサーバ室２を対象とするもので、図２に示すようにサーバ室２全体を通風可能なグレーチング５により上下に区画して上層のサーバフロア３と下層のメカニカルフロア４とによる二層構造とし、サーバフロア３に多数のサーバラック１を並べて設置するとともに、メカニカルフロア４に所望台数のユニット型空調機６を分散設置し、それらユニット型空調機６により調製した冷気をメカニカルフロア４とサーバフロア３の間で強制循環させてサーバラック１を冷却することを主眼とする。

ユニット型空調機６を設置するためのメカニカルフロア４は通常のフリーアクセスフロアとして機能することに加え、ユニット型空調機６の設置スペースおよびその保守点検時の作業スペースとして確保されるものであって、ユニット型空調機６に対する保守作業を作業員がメカニカルフロア４に立ち入ることで支障なく行うことが可能なようにたとえば2200mm程度の高さ寸法を確保することが好ましい。勿論、メカニカルフロア４において、ユニット型空調機６の設置スペースとして利用されない部分については、サーバ用のＵＰＳ設備や蓄電池設備等の設置スペースとしても利用可能である。

本実施形態の空調システムでは、図１（ａ）に示すように、サーバフロア３において多数のサーバラック１を２列に配列して１モジュールのサーバラック群Ｍを設定する。図示例では、サーバラック１を基本的に２６台×２列の配列としているが、柱形の位置を避ける関係上、計４９台のサーバラック１を１モジュールとしており、かつ１スパンに２モジュールのサーバラック群Ｍを配置している。

そして、本実施形態の空調システムでは、各サーバラック群Ｍをモジュール単位で効率的に冷却するべく、かつ将来的に冷却負荷が増減することも想定して、ユニット型空調機６の設置台数をモジュール単位で増減可能に構成している。
すなわち、本実施形態では図２に示すようにサーバラック１をコールドアイルとしての給気ゾーン７を挟んでその両側に２列に並べて配列してそれらの全体で１モジュールのサーバラック群Ｍを設定するとともに、各モジュールのサーバラック群Ｍをそれらの間にホットアイルとしての還気ゾーン８を確保した状態で並設している。換言すると、本実施形態では、１モジュールのサーバラック群Ｍの中央部にコールドアイルとしての給気ゾーン７を確保するとともに、各サーバラック群Ｍの周囲にホットアイルとしての還気ゾーン８を確保している。
そのため、図２に示すように、各モジュールの間の還気ゾーン８の上部に遮蔽板（区画手段）９を設けることにより還気ゾーン８を明確なホットアイルとして区画形成することが好ましく、それにより冷気および還気の循環経路が明確になって冷却効率を十分に確保することができる。

一方、メカニカルフロア４には、図１（ｂ）および図２に示すように、１モジュールのサーバラック群Ｍに対応してその外形輪郭に沿うように区画壁１０が設けられて、その区画壁１０の内側にグレーチング５を通して各モジュールの給気ゾーン７（コールドアイル）に通じる給気チャンバ１１が区画形成され、その給気チャンバ１１の周囲には、同じくグレーチング５を通して各モジュールの周囲の還気ゾーン８（ホットアイル）に通じる還気チャンバ１２が確保されており、それら給気チャンバ１１と還気チャンバ１２との間には上記のユニット型空調機６が設置されるようになっている。

本実施形態におけるユニット型空調機６は、ケーシング内に送風機６ａと冷却コイル６ｂとをコンパクトに組み込んだカセットタイプのもので、図中の矢印で示すように、冷気を給気チャンバ１１からグレーチング５を通してその上方の給気ゾーン７（コールドアイル）に供給し、サーバラック１を通過してサーバを冷却することにより温度が上昇した還気を還気ゾーン８（ホットアイル）からその直下の還気チャンバ１２に吸引して循環させるものであり、そのような経路で冷気および還気を循環させることで各モジュールのサーバラック群Ｍの全体を効率的に冷却し得るものである。

なお、サーバ室２の冷却負荷は潜熱負荷が殆どないから、ユニット型空調機６における冷却コイル６ｂをドライコイルとしてドレン処理を不要とすることも可能である。
また、ユニット型空調機６はサーバ電流やサーバ温度（もしくはサーバラック温度）等の周囲環境情報を刻々と検出するために設けられたセンサーによりサーバの実際の稼働状況を検知可能としておき、それに基づいてたとえばインバータ制御により最適な冷却運転を行うように構成することが好ましく、それにより最も効率的な省エネルギー運転が可能である。

上記のようなユニット型空調機６を所定規格で予め製作しておくとともに、冷却能力の異なる数機種のユニット型空調機６を予め用意しておき、またメカニカルフロア４にはユニット型空調機６に冷水を供給するための冷水配管１３を将来的な負荷増大も見越して予め設置しておくことにより、１モジュールのサーバラック群Ｍの全体を冷却するに必要とされる冷却負荷に応じて最適な冷却能力のユニット型空調機６を選択して使用することが可能である。
特に、冷却能力は異なるものであっても互換性を有するカセットタイプのユニット型空調機６を採用することにより、将来的な増設や機種変更を簡便かつ容易に行うことができる。
なお、冷水配管１３はゾーニングおよび緊急時のバックアップを考慮して２系統としておき、図４に示すように各系統からユニット型空調機６に対して冷水を供給可能としておくことが好ましい。

そして、本実施形態では、１モジュールのサーバラック群Ｍに対して設置するユニット型空調機６の台数をその時点の１モジュールのサーバラック群Ｍの冷却負荷に応じて設定することを基本とし、将来的にサーバラック群Ｍの冷却負荷が変動した場合にはそれに応じてユニット型空調機６の設置台数を増減することで対処することとする。
すなわち、サーバラック１は将来的には大容量化することが想定され、その際にはサーバラック群Ｍ全体の冷却負荷が大きく増大することが想定されることから、それを見越して当初の運用開始時点では必要最少限のユニット型空調機６だけを設置しておくとともに想定台数分の増設スペースを確保しておき、必要に応じて所望能力のユニット型空調機６を所望台数だけ増設して負荷増大に対処することとする。

具体的には、たとえば図１（ａ）に示すような４９台のサーバからなる１モジュールのサーバラック群Ｍに対しては、当初は（ｂ）に示すように７台のユニット型空調機６を千鳥配置した状態で分散して設置しておくに留め、それら７台のユニット型空調機６により１モジュールのサーバラック群Ｍ全体の冷却負荷を賄うものとする。
そして、将来的に負荷が増大した場合には負荷増大に応じてユニット型空調機６を順次増設していくこととし、最終的には図３（ｂ）に示すように最大で１２台までの増設を可能としておくことにより冷却負荷の増大に対して対処するものとする。
また、さらなる負荷増大が生じた場合にはユニット型空調機６を大容量のものに機種変更することで対処することとする。

以上のように、本発明の空調システムによれば、サーバラックを２列に配列して設定した１モジュールのサーバラック群の間にコールドアイルとしての給気ゾーン７を確保して、その下方のメカニカルフロア４に設けた給気チャンバ１１からそこに冷気を供給し、かつその還気をサーバラック群Ｍの周囲にホットアイルとして確保した還気ゾーン８からその直下の還気チャンバ１２に循環させるようにしたので、コールドアイルとホットアイルとが明確に区分されてサーバラック群Ｍ全体を効率的に冷却することができる。

特に、本発明の空調システムによれば、サーバラック群Ｍをモジュール単位で冷却することにより、負荷増大時にはその時点の負荷に応じてモジュール単位でユニット型空調機６を増設、増強することのみで負荷増大に対して容易に対応可能であり、負荷増大後にも支障なく最適運転が可能である。また、負荷が大きく偏在している場合にはユニット型空調機６を最適位置に配置して局所的に冷却を増強可能であるし、そのためのユニット型空調機６の移設も可能である。
勿論、仮にサーバ台数が減少したり、サーバ熱効率が改善されて冷却負荷が大きく低減したような場合には、一部のユニット型空調機６を撤去してそのスペースを他に転用することも可能である。

また、メカニカルフロア４に設置するユニット型空調機６を予め所定規格で製作したカセットタイプとすることにより、その設置や増設、機種交換、移設をサーバフロア３とは係わりなく容易に行うことが可能であるし、サーバ室２を稼働しながらの作業も可能である。しかも、日常的な保守はメカニカルフロア４で行うことができるので作業員がサーバフロア３に立ち入る必要はなく、高度のセキュリティが要求される場合にも支障なく保守作業を実施することができる。

さらに、ユニット型空調機６をメカニカルフロア４に設置しているので、従来のように空調機を設置するための格別のスペースをサーバフロア３やサーバ室２の外部に確保する必要はなく、したがってサーバ室２および建物全体の有効面積を損なうことなく効率的かつ経済的な運用が可能である。勿論、サーバ室２をサーバフロア３とメカニカルフロア４とによる二層構造とはしているものの、それらをグレーチング５により区画しているだけなので建築基準法上は床面積が二重に算定されることはない。

なお、上記実施形態では、各モジュールの間の還気ゾーン８の上部に区画手段としての遮蔽板９を設けることにより還気ゾーン８を明確なホットアイルとして区画形成するようにしたが、それに代えて図５に示すように垂れ壁９’を設けたり、あるいはさらに他の区画手段を設けても良く、それによっても同様の効果が得られる。その場合、区画手段の形態によって必要であれば図５に示すようにサーバ室２の天井部に天井１４を設ければ良い。勿論、区画手段が不要な場合には省略して差し支えない。

Ｍ サーバラック群（１モジュール）
１ サーバラック
２ サーバ室
３ サーバフロア
４ メカニカルフロア
５ グレーチング
６ ユニット型空調機
６ａ 送風機
６ｂ 冷却コイル
７ 給気ゾーン（コールドアイル）
８ 還気ゾーン（ホットアイル）
９ 遮蔽板（区画手段）
９’ 垂れ壁（区画手段）
１０ 区画壁
１１ 給気チャンバ
１２ 還気チャンバ
１３ 冷水配管
１４ 天井

Claims (3)

1. 多数のサーバをサーバラックに収容して設置するサーバ室を対象とする空調システムであって、
   前記サーバ室を通風可能なグレーチングにより上下に区画して上層のサーバフロアと下層のメカニカルフロアとによる２層構造とし、
   前記サーバフロアに、多数のサーバラックを給気ゾーンを挟んで２列に並べて配列して１モジュールのサーバラック群を設定するとともに、該サーバラック群の周囲に還気ゾーンを確保し、
   前記メカニカルフロアに、前記１モジュールのサーバラック群の下方に位置して前記グレーチングを通して前記給気ゾーンに通じる給気チャンバを区画形成するとともに、該給気チャンバの周囲には前記グレーチングを通して前記還気ゾーンに通じる還気チャンバを確保し、
   前記給気チャンバと前記還気チャンバとの間にユニット型空調機を設置して、該ユニット型空調機により前記還気チャンバから還気を吸引して冷気を調製し前記グレーチングを通して前記給気ゾーンに供給するとともに、前記サーバラックを通過してサーバを冷却した還気を前記還気ゾーンから前記還気チャンバに吸引して循環させる構成としたことを特徴とするサーバ室用空調システム。
2. 請求項１記載のサーバ室用空調システムであって、
   前記サーバフロアに複数モジュールのサーバラック群を配置して各サーバラック群の間に前記還気ゾーンを確保するとともに、該還気ゾーンの上部に遮蔽板や垂れ壁等の区画手段を設けて該還気ゾーンをホットアイルとして区画形成したことを特徴とするサーバ室用空調システム。
3. 請求項１または２記載のサーバ室用空調システムであって、
   前記ユニット型空調機の設置台数を前記１モジュールのサーバラック群の冷却負荷に応じて増減可能に構成したことを特徴とするサーバ室用空調システム。

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