JP2012038100A

JP2012038100A - データセンタ

Info

Publication number: JP2012038100A
Application number: JP2010177971A
Authority: JP
Inventors: Kanji Tashiro; 完二田代
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】各ラックに対して十分な冷却効果を維持しつつも、ファン動力を削減し、省エネルギー性をより向上させたデータセンタを提供する。
【解決手段】ホットゾーン２４を構成する両ラック列１５の前方の天井２０に、所定台数のラック１２ごとに、実質的に１つの吹出口２７を設けると共に、該吹出口２７のそれぞれに空調室１３に空調空気を吹き出すためのファン４３を設け、かつ、両ラック列１５の背面側のホットゾーン２４内に、吹出口２７と対応するように、所定台数のラック１２ごとの背面側の温度を検出する温度検出手段５１を設け、温度検出手段５１で検出される前記吹出口に対応する各温度を、所定温度範囲、または所定温度に保つように、ファン４３の回転数を個別に制御する回転数制御装置５２を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラック内に収容されたサーバなどの電子機器で発生する熱を効率よく除去するデータセンタに関するものである。

近年、データセンタは非常に注目されている分野であり、省エネルギー技術の研究開発も盛んである。

従来のデータセンタとして、特許文献１に示すように、空調室と、空調室の床面上にサーバなどの電子機器を多段に収容するラックを複数台左右方向に並べ形成されたラック列と、ラック内に収容された電子機器で発生する熱を除去すべく空調室内を空調する空調機とを備えたデータセンタがある。

特許文献１のデータセンタでは、ラック列の背面同士を間隔をおいて向かい合わせて空調室内の床面上に配置し、その向かい合わせたラック列の左右方向の端部側に、ラック列の下縁から空調室の天井に延びるパネルを設けると共に、両ラック列の前縁上部に天井に延びるパーティションを設けて、空調室内にホットゾーンを区画し、そのホットゾーン内の天井にホットゾーンの熱を排気する排気口を形成すると共に、ホットゾーンの外部であって両ラック列の前方の天井に空調機からの空調空気を吹き出す吹出口をそれぞれ形成し、吹出口から吹き出した空調空気をラック列の前面から背面に通してホットゾーンに導入するようにしている。

このデータセンタでは、ラック列の前方の天井に複数の吹出口を設けており、空調機のファンにより、これら複数の吹出口から空調空気を吹き出すように構成されている。

特許文献１のデータセンタでは、電子機器で発生する熱を全てホットゾーンに集中させるため、空調機を効率良く作動させて空調機での消費エネルギーを低減することが可能であり、さらには、ホットゾーン内の熱を自然対流の原理で排気口から回収し、空調機からの空調空気を自然対流の原理で吹出口からラック列に対して供給できるため、空調機での消費エネルギーのさらなる低減が可能であり、省エネルギーの観点で非常に有利である。

特開２０１０−７２６９７号公報

ところで、ラック列の各ラックは、内部に収容する電子機器により発熱量が異なるため、結果として、ラックごとに必要な空調空気の供給量が異なることがある。

しかしながら、上述のデータセンタでは、空調機のファンにより一括して空調空気を送り出しているため、送り出す空調空気の全体量を調節することしかできず、各ラックに対する空調空気の供給量を個別に調節することは困難であった。

そのため、全てのラックに対して十分な冷却効果が得られるように、空調機のファンの回転数を設定すれば、一部のラックに対する空調空気の供給量が過大となる場合があった。これでは、ファン動力（空気を循環させるためのエネルギー）が無駄になってしまうという課題があった。

本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、各ラックに対して十分な冷却効果を維持しつつも、ファン動力を削減し、省エネルギー性をより向上させたデータセンタを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、少なくとも、空調室と、該空調室の床面上にサーバなどの電子機器を多段に収容するラックを複数台左右方向に並べ形成されたラック列と、前記ラック内に収容された電子機器で発生する熱を除去すべく前記空調室内を空調する空調機とを備え、前記ラック列の背面同士を間隔をおいて向かい合わせて前記空調室内の床面上に配置し、その向かい合わせたラック列の左右方向の端部側に、ラック列の下縁から前記空調室の天井に延びるパネルを設けると共に、両ラック列の前縁上部に天井に延びるパーティションを設けて、前記空調室内にホットゾーンを区画し、そのホットゾーン内の天井にホットゾーンの熱を排気する排気口を形成すると共に、前記ホットゾーンの外部であって前記両ラック列の前方の天井に前記空調機からの空調空気を吹き出す吹出口をそれぞれ形成し、該吹出口から吹き出した空調空気をラック列の前面から背面に通してホットゾーンに導入するようにしたデータセンタにおいて、前記両ラック列の前方の天井に、所定台数の前記ラックごとに、実質的に１つの前記吹出口を設けると共に、該吹出口のそれぞれに前記空調室に空調空気を吹き出すためのファンを設け、かつ、前記両ラック列の背面側の前記ホットゾーン内に、前記吹出口と対応するように、所定台数の前記ラックごとの背面側の温度を検出する温度検出手段を設け、前記温度検出手段で検出される前記吹出口に対応する各温度を、所定温度範囲、または所定温度に保つように、前記ファンの回転数を個別に制御する回転数制御装置を備えたデータセンタである。

前記空調室内に、複数の前記ホットゾーンを区画すると共に、該ホットゾーンを構成する前記ラック列の前面同士が向かい合うように整列する場合において、前記複数のホットゾーン間の前記空調室の天井に設けられる前記吹出口は、前面同士が向かい合うように整列した前記ラック列の配列方向に、所定台数の前記ラックごとに、実質的に１つの吹出口である共通吹出口であり、前記回転数制御装置は、前記ホットゾーン間に設けられた前記共通吹出口に係るファンの回転数を、前記温度検出手段で検出される前記共通吹出口に対応する複数の温度のうち高い方の温度を、所定温度範囲、または所定温度に保つように制御するようにされてもよい。

前記空調機として、ファンを有さないファンレスの空調機を用いるようにしてもよい。

前記排気口は、前記ホットゾーンと前記空調室の天井の上方空間である天井裏空間とを連通するように形成され、前記吹出口は、前記空調室と前記天井裏空間とを連通するように形成され、前記天井裏空間には、前記排気口から回収した空気を前記空調機に導く熱気通路と、前記熱気通路を挟むように区画され、前記空調機からの空調空気を前記吹出口に導く複数の空調空気通路と、が区画形成され、かつ、前記空調機側の前記天井裏空間には、前記天井裏空間を上下に区画して、前記熱気通路が接続され、前記熱気通路からの空気を前記空調機に導く熱気ヘッダ部と、前記熱気ヘッダ部の下方であって、前記複数の空調空気通路が接続され、前記空調機からの空調空気を前記複数の空調空気通路に分配する空調空気ヘッダ部と、が区画形成されてもよい。

本発明によれば、各ラックに対して十分な冷却効果を維持しつつも、ファン動力を削減し、省エネルギー性をより向上させたデータセンタを提供できる。

本発明の一実施の形態に係るデータセンタの平面図である。（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図である。（ａ）は図１のＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は図１のＤ−Ｄ線断面図である。図１のデータセンタの天井裏空間における仕切板の配置を説明する図である。図１のデータセンタにおける回転数制御装置の入出力構成を説明する図である。本発明において、温度センサ非対比制御処理の制御フローを示すフローチャートである。本発明の他の実施の形態に係るデータセンタの平面図である。（ａ）は図７のＥ−Ｅ線断面図、（ｂ）は図７のＦ−Ｆ線断面図である。図７のデータセンタにおける回転数制御装置の入出力構成を説明する図である。図７のデータセンタにおけるファン制御処理の制御フローを示すフローチャートである。本発明において、温度センサ対比制御処理の制御フローを示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係るデータセンタの平面図であり、図２（ａ）はそのＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図、図３（ａ）はそのＣ−Ｃ線断面図、図３（ｂ）はそのＤ−Ｄ線断面図である。

図１〜３に示すように、データセンタ１０は、少なくとも、天井２０、床面１４、及び４つの側壁２８で形成された箱状の空調室１３と、サーバなどの電子機器１１を多段に収容する複数台のラック１２を左右方向に並べ形成されたラック列１５と、ラック１２内に収容された電子機器１１で発生する熱を除去すべく空調室１３内を空調する空調機３０とを備える。

ラック１２内には、サーバや、ＣＰＵ、ネットワーク機器、ストレージデバイスのような情報通信技術の設備機器である電子機器１１が多段に収容される。

データセンタ１０では、空調室１３の床面１４上にラック１２を複数台（本実施の形態では１４台）左右方向に並べ、かつ互いに連結することでラック列１５を形成すると共に、そのラック列１５の背面Ｒ同士を間隔（例えば、作業員が１人、通れる程度の間隔）をおいて向かい合わせて配置している。この様に、ラック列１５を間隔をおいて配置することで、ラック列１５間には作業通路１６が形成される。

これらラック列１５は、床面１４上に免震装置１７を介して配置される。本実施の形態では、免震装置１７として、架台１８上にベアリングを介して免震台１９を設けたものを用いたが、これに限定されるものではない。

ラック列１５の左右には、ラック列１５の下縁から天井２０に延びるパネル２１が設けられる。より詳しくは、パネル２１は、ラック列１５の両端部にビス等で連結されており、ちょうど、両ラック列１５を挟むような構造となっている。このパネル２１には、作業通路１６に出入するための扉２２が設けられる。パネル２１は、免震装置１７上に設けられる。

各ラック列１５の前縁上部には、天井２０に延びるパーティション２３が設けられる。パーティション２３およびパネル２１の上端は、天井２０に対して移動可能に設けられる。

パネル２１とパーティション２３の上端には、図３（ａ）に示すように、ホットゾーン２４と空調室１３とをシールするための天井シール部材２５が設けられる。本実施の形態では、天井シール部材２５としてゴムシートを用い、そのゴムシートをパーティション２３のホットゾーン２４側の上端に、その上端部がホットゾーン２４側に湾曲するようにボルトなどで固定した。

これにより、両ラック列１５、パーティション２３、およびパネル２１で空調室１３と仕切られたホットゾーン２４が区画形成される。

ホットゾーン２４内の天井２０には、ホットゾーン２４内の熱を排気する排気口２６が形成される。本実施の形態では、ラック列１５における２台のラック１２ごと（両ラック列１５で言えば、対向配置された４台のラック１２ごと）に実質的に１つの排気口２６を形成し、合計７つの排気口２６を、ラック列１５におけるラック１２の配列方向に整列して、ホットゾーン２４内の天井２０に形成した。ここで、本出願における「実質的に１つ」とは、例えば、排気口２６に近接する位置に更に排気口があり、外見上は、２つの排気口であっても、その各排気口の機能（作用）を考えた際に、同一の機能（作用）を奏している場合には、それは、実質的に１つの排気口であると解する（以下、「吹出口」の場合も、同様）。

各排気口２６は、ホットゾーン２４と天井裏空間３１とを連通するように形成される。なお、天井裏空間３１とは、空調室１３の天井２０の上方空間であり、天井２０と、空調室１３が設けられる建物における空調室１３の上の階の床（あるいは屋上；以下、天井裏空間３１の上壁３７と呼称する）との間の空間である。

ホットゾーン２４の外部であって両ラック列１５の前方の天井２０には、空調機からの空調空気（冷風）を吹き出す吹出口２７が形成される。両ラック列１５の前方の天井２０には、所定台数のラック１２ごとに、実質的に１つの吹出口２７が設けられ、吹出口２７のそれぞれには、空調室１３に空調空気を吹き出すためのファン４３が設けられる。本実施の形態では、ラック列１５における２台のラック１２ごとに１つの吹出口２７を形成し、両ラック列１５の前方の天井２０に７つずつ吹出口２７を、ホットゾーン２４を挟むように、ラック列１５におけるラック１２の配列方向に整列して形成した。各吹出口２７は、空調室１３と天井裏空間３１とを連通するように形成される。

なお、ここでは、２台のラック１２ごとに１つの吹出口２７を設ける場合を説明するが、吹出口２７の間隔、すなわち何台のラック１２ごとに１つの吹出口２７を設けるかは、吹出口２７に設けるファン４３の容量に応じて適宜決定すればよい。例えば、ファン４３が３台のラック１２で十分な冷却効果を得られる量の空調空気を供給できるのであれば、３台のラック１２ごとに１つの吹出口２７を形成すればよい。

各ファン４３には、出力周波数可変の動力ＩＮＶ（inverter）盤５０がそれぞれ接続される。各ファン４３は、動力ＩＮＶ盤５０の出力周波数に応じた回転数で回転する。なお、図３では、図の簡略化のため、動力ＩＮＶ盤５０を省略している。

データセンタ１０では、天井裏空間３１には、排気口２６から回収した空気を空調機３０に導く熱気通路３２と、熱気通路３２を挟むように区画され、空調機３０からの空調空気を吹出口２７に導く複数の空調空気通路３３と、が区画形成され、かつ、空調機３０側（図１，２では左側）の天井裏空間３１には、天井裏空間３１を上下に区画して、熱気通路３２が接続され、熱気通路３２からの空気を空調機３０に導く熱気ヘッダ部３４と、熱気ヘッダ部３４の下方であって、複数の空調空気通路３３が接続され、空調機３０からの空調空気を複数の空調空気通路３３に分配する空調空気ヘッダ部３５と、が区画形成される。

図２〜４に示すように、熱気通路３２、空調空気通路３３、熱気ヘッダ部３４、空調空気ヘッダ部３５は、仕切板３６ａ〜３６ｃにより天井裏空間３１を仕切ることにより、区画形成される。

熱気通路３２と空調空気通路３３とは、ラック列１５におけるラック１２の配列方向（図４では左右方向）に延びる２枚の第１の仕切板３６ａを用い、天井裏空間３１を水平方向に仕切ることで、区画形成される。２枚の第１の仕切板３６ａで挟まれた領域が熱気通路３２となり、２枚の第１の仕切板３６ａの外側の領域（第１の仕切板３６ａと側壁２８とで挟まれた領域）が空調空気通路３３となる。熱気通路３２と空調空気通路３３の幅（図４における左手前から右奥の方向の幅）は、略同じか、熱気通路３２の幅の方が若干大きくなるように設定するとよい。本実施の形態では、吹出口２７に設けたファン４３により空調空気を吸引するので、ファン４３からより離れた熱気通路３２の幅を空調空気通路３３の幅と同じか若干広くすることで、熱気通路３２における空気が流れる際の抵抗を少なくし、空気の循環をよりスムーズにすることができる。

熱気ヘッダ部３４と空調空気ヘッダ部３５とは、ラック列１５におけるラック１２の配列方向と垂直方向（図４では左手前から右奥の方向）に延びる第２の仕切板３６ｂを用い、空調機３０の近傍の天井裏空間３１を鉛直方向に仕切ることで、区画形成される。第２の仕切板３６ｂの上方の領域が熱気ヘッダ部３４となり、第２の仕切板３６ｂの下方の領域が空調空気ヘッダ部３５となる。熱気ヘッダ部３４と空調空気ヘッダ部３５の高さ（図４における上下方向の高さ）は、上述と同様の理由により、略同じか、熱気ヘッダ部３４の高さの方が若干大きくなるように設定するとよい。

２枚の第１の仕切板３６ａと第２の仕切板３６ｂとの間には、熱気通路３２と空調空気ヘッダ部３５、および空調空気通路３３と熱気ヘッダ部３４を遮断するための第３の仕切板３６ｃが設けられる。

第３の仕切板３６ｃの熱気通路３２と対面する位置には、熱気通路３２と熱気ヘッダ部３４とを連通させるための切欠き状の熱気用連通穴３８が形成される。また、第３の仕切板３６ｃの空調空気通路３３と対面する位置には、空調空気通路３３と空調空気ヘッダ部３５とを連通させるための切欠き状の空調空気用連通穴３９が形成される。

仕切板３６ａ〜３６ｃは、天井２０、天井裏空間３１の上壁３７、および側壁２８に対して気密に固定される。仕切板３６ｂに関しては、天井裏空間３１の上壁３７にアンカーを打ち込むなどして、天井裏空間３１の上壁３７に吊持させるようにしてもよい。

空調室１３の天井２０に用いる天井材、および仕切板３６ａ〜３６ｃとしては、断熱構造のものを用いる。ここでは、天井材と仕切板３６ａ〜３６ｃとして、ウレタンフォームなどの断熱材を２枚の板状部材で挟んだものを用いたが、例えば、空気層を挟んだ２重壁構造のものを用いてもよい。

側壁２８の熱気ヘッダ部３４と対面する位置には、熱気ヘッダ部３４と空調機３０の吸込口とを連通させる熱気吸込開口４０が形成される。また、側壁２８の空調空気ヘッダ部３５と対面する位置には、空調空気ヘッダ部３５と空調機３０の空調空気吹出口とを連通させる空調空気吹出開口４１が形成される。

空調機３０は、ラック１２が配置される空調室１３とは別空間、例えば、データセンタ１０が設けられる建物の別の部屋や通路、あるいは屋外などに設けられる。これにより、ラック１２（ラック列１５）に冷媒などの配管が接続されることがなくなり、空調機とラック１２（ラック列１５）とが完全に切り離される。本実施の形態では、空調機３０を空調室１３の隣の部屋（または通路）４２に設けた。

空調機３０は、その空調空気吹出口が空調空気ヘッダ部３５と略同レベルとなるように、空調室１３の隣の部屋（または通路）４２の上方に設けられる。例えば、空調機３０を隣の部屋４２の床面に配置した場合、空調空気を天井裏空間３１の空調空気ヘッダ部３５まで上昇させるために動力が必要となるが、空調機３０を上方に設けることにより、このような動力が不要となり、より省エネルギー性を高めることが可能になる。また、空調機３０を上方に設けることにより、空調機３０の下方の空間を有効利用することも可能になる。

また、本実施の形態では、空調機３０として、熱気ヘッダ部３４からの空気を冷却して空調空気を吹き出す冷却コイル（ＤＣ；Dry Coil）４５のみを有し、ファンを有さないファンレスの空調機を用いるようにした。

さらに、図２（ａ）に示すように、天井裏空間３１の熱気通路３２には、排気口２６から回収した空気を空調機３０側に送風するための補助ファン４４が設けられる。例えば、熱気通路３２内に柱や梁が突出している場合などには、排気口２６から回収した空気の一部が滞留してしまう場合が考えられるが、補助ファン４４を設けることにより、このような空気の滞留を抑制することが可能になる。補助ファン４４は、熱気の溜まりやすい熱気通路３２の上部に設けられることが望ましく、かつ、空調機３０からある程度離れた位置の熱気通路３２に設けられることが望ましい。なお、補助ファン４４は必須ではなく、省略可能である。

データセンタ１０では、ホットゾーン２４内の空気は、排気口２６に回収され、熱気通路３２、熱気用連通穴３８、熱気ヘッダ部３４、熱気吸込開口４０を通って、空調機３０に回収される。このとき、ホットゾーン２４内の空気は、電子機器１１により加熱されており自然に上昇するため、容易に空調機３０に回収することができる。

空調機３０の冷却コイル４５を通過して冷却された空調空気は、吹出口２７のファン４３により吸引されて、空調空気吹出開口４１を介して空調空気ヘッダ部３５に流入し、空調空気ヘッダ部３５にて分配されて、空調空気用連通穴３９、空調空気通路３３を通って吹出口２７から空調室１３内に吹き出される。空調室１３内の空調空気の温度は、例えば、２３℃程度である。

空調室１３内に吹き出された空調空気は、ラック列１５の前面Ｆから導入され、ラック１２内の電子機器１１で発生した熱を除去（吸収）した後、ラック列１５の背面Ｒからホットゾーン２４内に導入される。

さて、本実施の形態に係るデータセンタ１０では、両ラック列１５の背面側（より詳しくは、背面Ｒ近傍）のホットゾーン２４内に、吹出口２７と対応するように、所定台数（ここでは２台）のラック１２ごとの背面側の温度を検出する温度センサ５１と、各温度センサ５１で検出される温度を所定温度に保つように、各温度センサ５１に対応するファン４３の回転数を個別に制御する回転数制御装置５２と、をさらに備えている。

なお、図２，３では、図の簡略化のため、温度センサ５１と回転数制御装置５２を省略している。また、本実施の形態では、本出願における温度検出手段として、両ラック列において、一方のラック列に対応して設けられる複数の温度センサ（Ａ１〜Ａ７）からなる第１温度センサ群と、他方のラック列に対応して設けられる複数の温度センサ（Ｂ１〜Ｂ７）からなる第２温度センサ群とを有する構成のものを示すが（図５参照）、その他の構成であってもよい。例えば、１本の光ファイバで複数個所の温度を検出できる周知の光ファイバ温度分布センサのようなものを利用すれば、温度検出手段は、両ラック列において、一方のラック列に対応して設けられる１つの第１温度センサ（１本の光ファイバ温度分布センサ）と、他方のラック列に対応して設けられる１つの第２温度センサ（１本の光ファイバ温度分布センサ）とを有する構成のようなものや、両ラック列において、ラック列ごとに対応できるように蛇行させて配索して設けられる１つの温度センサ（１本の光ファイバ温度分布センサ）という構成のようなものも、考えられる。要は、温度センサの個数は、本発明の技術的範囲を特定する要素とはならない。

次に、回転数制御装置５２に関する説明を行う。

回転数制御装置５２は、予め設定された目標温度（例えば、３５℃）から温度センサ５１で検出された吹出口２７に対応する各温度を減じた温度差ΔＴに基づき、ファン４３の回転数を決定するようにされる。

より具体的には、回転数制御装置５２は、下式（１）
Ｆ＝Ｆ_d＋ΔＴラΔＦ・・・（１）
により、各ファン４３の動力ＩＮＶ盤５０に出力する出力周波数Ｆを決定するようにされる。式（１）において、Ｆ_dは、動力ＩＮＶ盤５０からファン４３に出力する基準出力周波数であり、ΔＦは、温度差ΔＴが１℃であるときに出力周波数をどの程度変化させるかを決定する出力周波数変化幅である。つまり、回転数制御装置５２は、温度差ΔＴに基づき決定される周波数分だけ、ファン４３の出力周波数を変化させる。

式（１）により各ファン４３の動力ＩＮＶ盤５０に出力する出力周波数Ｆを決定することで、各温度センサ５１で検出される温度を所定温度（目標温度）に保つように、各ファン４３の回転数が制御されることになる（なお、出力周波数を変化させる動作は、時間間隔をとりつつ行う場合もある）。本明細書では、このような回転数制御装置５２によるファン４３の回転数の制御処理を、後述する温度センサ対比制御処理と区別するため、温度センサ非対比制御処理と呼称する。

基準出力周波数Ｆ_dと出力周波数変化幅ΔＦは、ファン４３の容量等を考慮して適宜決定するとよい。ここでは、一例として、基準出力周波数Ｆ_dを３０（Ｈｚ）、出力周波数変化幅ΔＦを１．５（Ｈｚ）とする場合を説明する。なお、ここでは、簡略のため、全てのファン４３が同じものである場合を説明するが、容量など特性が異なるファン４３を併用する場合などは、ファン４３ごとに基準出力周波数Ｆ_dと出力周波数変化幅ΔＦを個別に設定するようにしてもよい。

以下、図１の上方に設けられる７つのファン４３を第１ファン群と呼称し、第１ファン群を構成する７つのファン４３を、ファンＡ１〜Ａ７とする。また、図１の下方に設けられる７つのファン４３を第２ファン群と呼称し、第２ファン群を構成する７つのファン４３を、ファンＢ１〜Ｂ７とする。

同様に、図１の上方に設けられる７つの温度センサ５１を第１温度センサ群と呼称し、第１温度センサ群を構成する７つの温度センサ５１を、温度センサＡ１〜Ａ７とする。また、図１の下方に設けられる７つの温度センサ５１を第２温度センサ群と呼称し、第２温度センサ群を構成する７つの温度センサ５１を、温度センサＢ１〜Ｂ７とする。

図１および図５に示すように、回転数制御装置５２は、第１ファン群の各ファンＡ１〜Ａ７、および第２ファン群Ｂ１〜Ｂ７の動力ＩＮＶ盤５０と信号線を介して接続されている（図５では動力ＩＮＶ盤５０を省略している）。また、図１では図示していないが、回転数制御装置５２は、第１温度センサ群の各温度センサＡ１〜Ａ７、および第２温度センサ群の各温度センサＢ１〜Ｂ７と信号線を介して接続されている。

ここで、回転数制御装置５２によるファン４３の回転数の制御処理（温度センサ非対比制御処理）の制御フローを図６を用いて説明する。回転数制御装置５２は、図６の制御フローを繰返し実行するようにされる。

図６に示すように、温度センサ非対比制御処理では、まず、ステップＳ１にて、第１温度センサ群の各温度センサＡ１〜Ａ７により温度Ｔ_A1〜Ｔ_A7を検出する。

ステップＳ２では、ステップＳ２１〜Ｓ２７にて、第１ファン群の各ファンＡ１〜Ａ７の回転数制御処理を順次行う。

具体的には、ステップＳ２１のファンＡ１の回転数制御（ファンＡ１制御処理）では、まず、ステップＳ２１ａにて、回転数制御装置５２が、温度センサＡ１で検出した温度Ｔ_A1から目標温度（例えば３５℃）を減じ、温度差ΔＴ_A1を算出する。その後、ステップＳ２１ｂにて、回転数制御装置５２が、ステップＳ２１ａで算出した温度差ΔＴ_A1に基づき、上述の式（１）によりファンＡ１の動力ＩＮＶ盤５０に出力する出力周波数Ｆを算出する。図６では、基準出力周波数Ｆ_dを３０（Ｈｚ）、出力周波数変化幅ΔＦを１．５（Ｈｚ）とした場合を示している。その後、ステップＳ２１ｃにて、回転数制御装置５２が、ステップＳ２１ｂで算出した出力周波数Ｆを動力ＩＮＶ盤５０に出力し、ファンＡ１の回転数を制御する。図６では省略しているが、ステップＳ２２〜Ｓ２７のファンＡ２〜Ａ７の回転数制御処理においても、ステップＳ２１のファンＡ１の回転数制御と同じことを行う。

第１ファン群の各ファンＡ１〜Ａ７の回転数制御処理を行った後、ステップＳ３にて、第２温度センサ群の各温度センサＢ１〜Ｂ７により温度Ｔ_B1〜Ｔ_B7を検出する。

ステップＳ４では、ステップＳ４１〜Ｓ４７にて、第２ファン群の各ファンＢ１〜Ｂ７の回転数制御処理を順次行う。図６では省略しているが、ステップＳ４１〜Ｓ４７のファンＢ１〜Ｂ７の回転数制御処理においても、温度センサＢ１〜Ｂ７で検出した温度Ｔ_B1〜Ｔ_B7を用いて、ステップＳ２１のファンＡ１の回転数制御と同じことを行う。

第２ファン群の各ファンＢ１〜Ｂ７の回転数制御（ファン制御処理）を行った後、制御を終了する。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係るデータセンタ１０では、両ラック列１５の前方の天井２０に、所定台数のラック１２ごとに、実質的に１つの吹出口２７を設けると共に、該吹出口２７のそれぞれにファン４３を設け、かつ、両ラック列１５の背面側のホットゾーン２４内に、吹出口２７と対応するように、所定台数のラック１２ごとの背面側の温度を検出する温度センサ５１を設け、回転数制御装置５２にて、各温度センサ５１で検出される吹出口２７に対応する各温度を所定温度に保つように、ファン４３の回転数を個別に制御している。

従来の空調機のファンで一括して空調空気を送り出す方式では、送り出す空調空気の全体量を調節することしかできなかったが、本発明によれば、各ラック１２に対する空調空気の供給量を個別に調節することが可能となり、温度センサ５１で検出される温度が一定になるように、冷却に必要な分だけ各ラック１２に空調空気を供給することが可能となる。

よって、本発明によれば、各ラックに対して十分な冷却効果を維持しつつも、ファン動力を削減し、省エネルギー性をより向上させたデータセンタ１０を実現できる。

また、データセンタ１０では、吹出口２７のそれぞれにファン４３を設けているため、空調機３０としてファンレスの空調機を用いることが可能になり、空調機での消費電力を低減できる。

さらに、データセンタ１０では、天井裏空間３１に、排気口２６から回収した空気を空調機３０に導く熱気通路３２と、熱気通路３２を挟むように区画され、空調機３０からの空調空気を吹出口２７に導く空調空気通路３３と、を区画形成し、かつ、空調機３０側の天井裏空間３１に、天井裏空間３１を上下に区画して、熱気通路３２が接続され、熱気通路３２からの空気を空調機３０に導く熱気ヘッダ部３４と、熱気ヘッダ部３４の下方に区画され、空調空気通路３３が接続され、空調機３０からの空調空気を空調空気通路３３に分配する空調空気ヘッダ部３５と、を区画形成している。

空調空気ヘッダ部３５を形成することにより、空調機３０からの空調空気を両空調空気通路３３に分配することが可能となり、１台の空調機３０で両ラック列１５の前方の天井２０に設けられた吹出口２７から空調空気を吹き出すことが可能となり、設備コストを抑制できる。

また、熱気ヘッダ部３４を上方に、空調空気ヘッダ部３５を下方に区画形成することで、排気口２６から回収した熱気は自然に熱気通路３２の上方に集まるので、熱気ヘッダ部３４を介して熱気を容易に空調機３０に回収できる。つまり、本発明によれば、自然対流を利用してホットゾーン２４内の熱気を回収でき、熱気を回収しやすい。

さらに、データセンタ１０では、空調室１３の天井２０を、断熱構造の天井材で構成し、かつ、熱気通路３２と、空調空気通路３３と、熱気ヘッダ部３４と、空調空気ヘッダ部３５とを、断熱構造の仕切板３６ａ〜３６ｃを用いて区画形成している。これにより、ホットゾーン２４からの熱が天井２０を介して空調空気通路３３や空調空気ヘッダ部３５に伝わることがなくなり、かつ、熱気通路３２や熱気ヘッダ部３４からの熱が空調空気通路３３や空調空気ヘッダ部３５に伝わることもなくなる。よって、冷却効率を向上させ、省エネルギー性を向上させることができる。

また、データセンタ１０では、空調機３０を、その空調空気吹出口が空調空気ヘッダ部３５と同レベルとなるように設けているため、ホットゾーン２４内の熱を自然対流の原理で空調機３０に回収し、かつ、空調機３０からの空調空気を不必要に上昇させることなく、自然対流の原理で、空調空気ヘッダ部３５と空調空気通路３３を介して吹出口２７からラック列１５に対して供給できる。そのため、空気を循環させるために必要なエネルギーを大幅に低減でき、省エネルギー性をより向上できる。

さらにまた、データセンタ１０では、熱気通路３２に、排気口２６から回収した空気を空調機３０側に送風するための補助ファン４４を設けているため、熱気通路３２内に柱や梁が突出している場合でも、排気口２６から回収した空気の一部が熱気通路３２内に滞留してしまうことを抑制できる。

次に、本発明の他の実施の形態を説明する。

図７，８に示すデータセンタ７１は、図１〜４で説明したデータセンタ１０において、空調室１３内に、３つのホットゾーン２４を区画すると共に、該ホットゾーン２４を構成するラック列１５の前面Ｆ同士が向かい合うようにする場合において、天井裏空間３１に、ホットゾーン２４に対応した複数（ここでは３つ）の熱気通路３２を区画形成し、各熱気通路３２を熱気ヘッダ部３４に接続するようにしたものである。

データセンタ７１では、ホットゾーン２４に挟まれた空調室１３の天井２０に設けられる吹出口２７は、前面同士が向かい合うように整列したラック列１５の配列方向に、２台のラック１２ごと（前面同士が向かい合うように整列したラック列１５間で言えば、対向配置された４台のラック１２ごと）に、共通の実質的に１つの吹出口２７（共通吹出口）を形成し、合計７つの吹出口２７を、ラック列１５におけるラック１２の配列方向に整列して形成した。各吹出口２７のそれぞれには、ファン４３が設けられる。

吹出口２７を挟んで配置された両ラック列１５の背面側（背面Ｒ近傍）のホットゾーン２４内には、吹出口２７と対応するように、２台のラック１２ごとに温度センサ５１が設けられる。つまり、データセンタ７１では、ホットゾーン２４に挟まれた空調室１３の天井２０に設けられるファン４３に関しては、１つのファン４３に対応して、ファン４３を挟むように２つの温度センサ５１が設けられることになる。

本発明の他の実施の形態に係るデータセンタ７１では、各吹出口２７の列と各排気口２６の列とに対応して、天井裏空間３１に熱気通路３２と空調空気通路３３とが交互に区画形成される。各熱気通路３２は、共通の熱気ヘッダ部３４に接続され、各空調空気通路３３は、共通の空調空気ヘッダ部３５に接続される。

また、データセンタ７１では、３つのホットゾーン２４に対応して、３台の空調機３０を備えている。各空調機３０は、その吸込口が、側壁２８に設けられた熱気吸込開口４０を介して共通の熱気ヘッダ部３４に接続され、その空調空気吹出口が、側壁２８に設けられた空調空気吹出開口４１を介して共通の空調空気ヘッダ部３５に接続されている。

データセンタ７１によれば、空調室１３内にホットゾーン２４を複数区画した場合であっても、各ホットゾーン２４からの空気を熱気ヘッダ部３４に集合させ、各空調機３０に分配して冷却させることができ、かつ、各空調機３０からの空調空気を、空調空気ヘッダ部３５に集合させ、各空調空気通路３３に分配して吹出口２７から空調室１３内に吹き出すことができる。

なお、ここでは空調機３０を３台備える場合を説明したが、空調機３０の台数はこれに限定されるものではない。また、３台の空調機３０を備える場合でも、全ての空調機３０を常に稼働させる必要はなく、空調室１３内に配置されたラック１２での発熱量が少ない場合などは、１台または２台のみの空調機３０を稼働させればよい。つまり、データセンタ７１によれば、空調室１３内に配置されたラック１２での発熱量に応じて稼働させる空調機３０の台数を調節することが可能となり、省エネルギー性をより向上させることが可能である。

データセンタ７１では、回転数制御装置５２は、ホットゾーン２４間に設けられた吹出口２７（共通吹出口）に係るファン４３の回転数を、２つの温度センサ５１で検出される吹出口２７（共通吹出口）に対応する２つの温度のうち高い方の温度を、所定温度に保つように制御するようにされる。このような回転数制御装置５２によるファン４３の回転数の制御処理を、温度センサ対比制御処理と呼称する。ホットゾーン２４間に設けられたファン４３以外のファン４３、すなわち、３つのホットゾーン２４の両側に設けられるファン４３については、図６で説明した温度センサ非対比制御処理により回転数を制御する。つまり、データセンタ７１では、ホットゾーン２４間に設けられたファン４３と、３つのホットゾーン２４の両側に設けられるファン４３とで、異なる制御処理が行われる。

以下、データセンタ７１において設けられる４つのファン群（３つのホットゾーン２４の両側に設けられる２つのファン群と、ホットゾーン２４間に設けられる２つのファン群）を、図７の上方から下方にかけて、第１ファン群、第３ファン群、第４ファン群、第２ファン群、と呼称する。

第１ファン群を構成する７つのファン４３をファンＡ１〜Ａ７、第２ファン群を構成する７つのファン４３をファンＢ１〜Ｂ７、第３ファン群を構成する７つのファン４３をファンＣ１〜Ｃ７、第４ファン群を構成する７つのファン４３をファンＤ１〜Ｄ７とする。

また、第１ファン群に対応する温度センサ群を第１温度センサ群、第２ファン群に対応する温度センサ群を第２温度センサ群、第３ファン群に対応する温度センサ群を第３温度センサ群、第４ファン群に対応する温度センサ群を第４温度センサ群と呼称する。

第１温度センサ群を構成する７つの温度センサ５１を温度センサＡ１〜Ａ７、第２温度センサ群を構成する７つの温度センサ５１を温度センサＢ１〜Ｂ７とする。また、第３温度センサ群を構成する温度センサ５１のうち、図７において第３ファン群の上方に設けられる７つの温度センサ５１を温度センサＣ１〜Ｃ７、第３ファン群の下方に設けられる７つの温度センサ５１を温度センサＤ１〜Ｄ７とする。さらに、第４温度センサ群を構成する温度センサ５１のうち、図７において第４ファン群の上方に設けられる７つの温度センサ５１を温度センサＥ１〜Ｅ７、第４ファン群の下方に設けられる７つの温度センサ５１を温度センサＦ１〜Ｆ７とする。

図７および図９に示すように、回転数制御装置５２は、第１ファン群の各ファンＡ１〜Ａ７、第２ファン群の各ファンＢ１〜Ｂ７、第３ファン群の各ファンＣ１〜Ｃ７、および第４ファン群Ｄ１〜Ｄ７の動力ＩＮＶ盤５０と信号線を介して接続されている（図７，９では動力ＩＮＶ盤５０を省略している）。また、図７では図示していないが、回転数制御装置５２は、第１温度センサ群の各温度センサＡ１〜Ａ７、第２温度センサ群の各温度センサＢ１〜Ｂ７、第３温度センサ群の各温度センサＣ１〜Ｃ７，Ｄ１〜Ｄ７、および第４温度センサ群の各温度センサＥ１〜Ｅ７，Ｆ１〜Ｆ７と信号線を介して接続されている。

ここで、回転数制御装置５２によるファン制御処理の制御フローを図１０，１１を用いて説明する。

図１０に示すように、回転数制御装置５２は、ステップＳ１００の温度センサ非対比制御処理と、ステップＳ２００の温度センサ対比制御処理とを繰返し実行するようにされる。ステップＳ１００の温度センサ非対比制御処理に関しては、図６で説明した制御フローと同じであるため、説明を省略する。

ステップＳ２００の温度センサ対比制御処理では、図１１に示すように、まず、ステップＳ５にて、第３温度センサ群の各温度センサＣ１〜Ｃ７，Ｄ１〜Ｄ７により、温度Ｔ_C1〜Ｔ_C7，Ｔ_D1〜Ｔ_D7を検出する。

ステップＳ６では、ステップＳ６１〜Ｓ６７にて、第３ファン群の各ファンＣ１〜Ｃ７の回転数制御処理を順次行う。

具体的には、ステップＳ６１のファンＣ１の回転数制御では、まず、ステップＳ６１ａにて、回転数制御装置５２が、温度センサＣ１で検出した温度Ｔ_C1が、温度センサＤ１で検出した温度Ｔ_D1以上であるかを検出する。ステップＳ６１ａにてＹＥＳと判断された場合、ステップＳ６１ｂにて、温度センサＣ１で検出した温度Ｔ_C1から目標温度（例えば３５℃）を減じ、温度差ΔＴ_C1を算出する。その後、ステップＳ６１ｃにて、回転数制御装置５２が、ステップＳ６１ｂで算出した温度差ΔＴ_C1に基づき、上述の式（１）によりファンＣ１の動力ＩＮＶ盤５０に出力する出力周波数Ｆを算出し、ステップＳ６１ｆに進む。

他方、ステップＳ６１ａにてＮＯと判断された場合、ステップＳ６１ｄにて、温度センサＤ１で検出した温度Ｔ_D1から目標温度（例えば３５℃）を減じ、温度差ΔＴ_D1を算出する。その後、ステップＳ６１ｅにて、回転数制御装置５２が、ステップＳ６１ｄで算出した温度差ΔＴ_D1に基づき、上述の式（１）によりファンＣ１の動力ＩＮＶ盤５０に出力する出力周波数Ｆを算出し、ステップＳ６１ｆに進む。

ステップＳ６１ｆでは、回転数制御装置５２が、ステップＳ６１ｃあるいはステップＳ６１ｅで算出した出力周波数Ｆを動力ＩＮＶ盤５０に出力し、ファンＣ１の回転数を制御する。図１１では省略しているが、ステップＳ６２〜Ｓ６７のファンＣ２〜Ｃ７の回転数制御処理においても、ステップＳ６１のファンＣ１の回転数制御と同じことを行う。

第３ファン群の各ファンＣ１〜Ｃ７の回転数制御処理を行った後、ステップＳ７にて、第４温度センサ群の各温度センサＥ１〜Ｅ７，Ｆ１〜Ｆ７により温度Ｔ_E1〜Ｔ_E7，Ｔ_F1〜Ｔ_F7を検出する。

ステップＳ８では、ステップＳ８１〜Ｓ８７にて、第４ファン群の各ファンＤ１〜Ｄ７の回転数制御処理を順次行う。図１１では省略しているが、ステップＳ８１〜Ｓ８７のファンＤ１〜Ｄ７の回転数制御処理においても、温度センサＥ１〜Ｅ７，Ｆ１〜Ｆ７で検出した温度Ｔ_E1〜Ｔ_E7，Ｔ_F1〜Ｔ_F7を用いて、ステップＳ６１のファンＣ１の回転数制御と同じことを行う。

第４ファン群の各ファンＤ１〜Ｄ７の回転数制御処理を行った後、制御を終了する。

データセンタ７１では、ホットゾーン２４間に設けられたファン４３の回転数を、該ファン４３に対応する２つの温度センサ５１で検出される温度のうち高い方の温度を、所定温度に保つよう制御を行っているため、発熱量が多いラック１２に対して十分な量の空調空気を供給できるようにファン４３の回転数を制御することができ、ラック１２に対する空調空気の供給量が不足してラック１２内の電子機器１１に不具合が生じることを抑制できる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、天井裏空間３１をダクトの代用として用いる場合を説明したが、排気口２６から回収した空気を排気ダクトにより空調機３０に導き、また、空調機３０からの空調空気を吹出ダクトにより吹出口２７に導くようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、１つのファン４３に対して１つ（または２つ）の温度センサ５１を設ける場合を説明したが、例えば、ラック列１５において略同じ発熱量のラック１２が並んでいるような場合などは、複数のファン４３に対して共通で１つ（または２つ）の温度センサ５１を設けるようにしてもよい。つまり、ファン４３と温度センサ５１とは、１対１の関係でなくてもよい。

さらに、上記実施の形態では、温度検出手段として温度センサ５１を用いる場合を説明したが、温度検出手段はこれに限定されず、例えば、光ファイバ温度センサを用いるようにしてもよい。光ファイバ温度センサを用いる場合、ラック列１５の背面Ｒ近傍のホットゾーン２４内に、ラック列１５の背面Ｒと略平行に光ファイバ温度センサの光ファイバを配設し、ラック列１５のラック１２の配列方向における温度分布を検出するようにすればよい。

また、上記実施の形態では、各温度センサ５１で検出される温度を所定温度に保つように、各ファン４３の回転数を個別に制御する場合を説明したが、各温度センサ５１で検出される温度を所定温度範囲（例えば３４℃〜３６℃）に保つように、各ファン４３の回転数を個別に制御するようにしてもよい。

この場合、予め設定された最高閾値とする温度Ｔ_high（例えば、３６℃）と最低閾値とする温度Ｔ_low（例えば、３４℃）に基づき、各温度センサ５１で測定した温度が最高閾値とする温度Ｔ_highよりも高い場合には、対応するファン４３の回転数を一定値ずつ上げる（例えば、動力ＩＮＶ盤５０の出力周波数を１分間に２Ｈｚずつ上げる。また、その上げる動作は、時間間隔をとりつつ行う場合もある）ようにすればよい。また、各温度センサ５１で測定した温度が最低閾値とする温度Ｔ_lowよりも低い場合には、対応するファン４３の回転数を一定値ずつ下げる（例えば、動力ＩＮＶ盤５０の出力周波数を１分間に１Ｈｚずつ下げる。また、その下げる動作は、時間間隔をとりつつ行う場合もある）ようにすればよい。なお、各ファン４３への出力周波数を変更する動作は、通常のＰＩＤ制御によって行う場合、またはその組み合わせで行う場合も考えられ、この制御方法を限定するものではない。

また、上記実施の形態では、空調機３０としてファンレスの空調機を用いる場合を説明したが、ファンを有する空調機を用いることも可能である。

さらに、上記実施の形態では、空調機３０を、空調空気吹出口が空調空気ヘッダ部３５と同レベルとなるように設けたが、空調機３０を、空調空気吹出口が空調空気ヘッダ部３５よりも低いレベルとなるように設けた場合であっても、当然ながら本発明の技術範囲に含まれる。

さらにまた、上記実施の形態では、ヘッダ部３４，３５をホットゾーン２４の上方にかからないように区画形成したが、ヘッダ部３４，３５をホットゾーン２４の上方にかかるように区画形成してもよい。また、空調空気ヘッダ部３５に吹出口２７を形成してもよい。

１０データセンタ
１１電子機器
１２ラック
１３空調室
１４床面
１５ラック列
２０天井
２１パネル
２３パーティション
２４ホットゾーン
２６排気口
２７吹出口
３０空調機
３１天井裏空間
３２熱気通路
３３空調空気通路
３４熱気ヘッダ部
３５空調空気ヘッダ部
４３ファン
５０動力ＩＮＶ盤
５１温度センサ（温度検出手段）
５２回転数制御装置

Claims

少なくとも、空調室と、該空調室の床面上にサーバなどの電子機器を多段に収容するラックを複数台左右方向に並べ形成されたラック列と、前記ラック内に収容された電子機器で発生する熱を除去すべく前記空調室内を空調する空調機とを備え、
前記ラック列の背面同士を間隔をおいて向かい合わせて前記空調室内の床面上に配置し、その向かい合わせたラック列の左右方向の端部側に、ラック列の下縁から前記空調室の天井に延びるパネルを設けると共に、両ラック列の前縁上部に天井に延びるパーティションを設けて、前記空調室内にホットゾーンを区画し、そのホットゾーン内の天井にホットゾーンの熱を排気する排気口を形成すると共に、前記ホットゾーンの外部であって前記両ラック列の前方の天井に前記空調機からの空調空気を吹き出す吹出口をそれぞれ形成し、該吹出口から吹き出した空調空気をラック列の前面から背面に通してホットゾーンに導入するようにしたデータセンタにおいて、
前記両ラック列の前方の天井に、所定台数の前記ラックごとに、実質的に１つの前記吹出口を設けると共に、該吹出口のそれぞれに前記空調室に空調空気を吹き出すためのファンを設け、
かつ、前記両ラック列の背面側の前記ホットゾーン内に、前記吹出口と対応するように、所定台数の前記ラックごとの背面側の温度を検出する温度検出手段を設け、
前記温度検出手段で検出される前記吹出口に対応する各温度を、所定温度範囲、または所定温度に保つように、前記ファンの回転数を個別に制御する回転数制御装置を備えた
ことを特徴とするデータセンタ。
前記空調室内に、複数の前記ホットゾーンを区画すると共に、該ホットゾーンを構成する前記ラック列の前面同士が向かい合うように整列する場合において、
前記複数のホットゾーン間の前記空調室の天井に設けられる前記吹出口は、前面同士が向かい合うように整列した前記ラック列の配列方向に、所定台数の前記ラックごとに、実質的に１つの吹出口である共通吹出口であり、
前記回転数制御装置は、前記ホットゾーン間に設けられた前記共通吹出口に係るファンの回転数を、前記温度検出手段で検出される前記共通吹出口に対応する複数の温度のうち高い方の温度を、所定温度範囲、または所定温度に保つように制御するようにされる
請求項１記載のデータセンタ。
前記空調機として、ファンを有さないファンレスの空調機を用いるようにした請求項１または２記載のデータセンタ。
前記排気口は、前記ホットゾーンと前記空調室の天井の上方空間である天井裏空間とを連通するように形成され、
前記吹出口は、前記空調室と前記天井裏空間とを連通するように形成され、
前記天井裏空間には、
前記排気口から回収した空気を前記空調機に導く熱気通路と、
前記熱気通路を挟むように区画され、前記空調機からの空調空気を前記吹出口に導く複数の空調空気通路と、が区画形成され、
かつ、前記空調機側の前記天井裏空間には、
前記天井裏空間を上下に区画して、
前記熱気通路が接続され、前記熱気通路からの空気を前記空調機に導く熱気ヘッダ部と、
前記熱気ヘッダ部の下方であって、前記複数の空調空気通路が接続され、前記空調機からの空調空気を前記複数の空調空気通路に分配する空調空気ヘッダ部と、が区画形成される
請求項１〜３いずれかに記載のデータセンタ。