JP2012087967A

JP2012087967A - 空調制御システムおよび方法

Info

Publication number: JP2012087967A
Application number: JP2010233426A
Authority: JP
Inventors: Ritsu Tei; 立鄭
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2012-05-10
Also published as: WO2012053470A1; TW201221873A

Abstract

【課題】温度センサの設置や保守に要する作業負担を軽減する。
【解決手段】室内に設置された情報処理装置３１ごとに、当該情報処理装置３１の熱により熱電素子５５で発電した動作電源Ｖを用いて間欠的に動作するワイヤレス温度センサＷＴを設けて、温度センサ素子５１により計測した当該情報処理装置３１の温度を無線送信し、空調制御装置１０により、これらワイヤレス温度センサＷＴから受信した情報処理装置３１ごとの温度に基づいて、部屋４１の床面に取り付けられた給気ユニット１３や、室内機２０のファン２２などの空調機器を制御することにより、情報処理装置３１を冷却するための空気調和を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調制御技術に関し、特に室内に設置された複数の情報処理装置を冷却する空調制御技術に関する。

情報処理の高度化に伴ってサーバ装置などからなる多くの情報処理装置が必要となるため、データセンタでは、通常、列状に配置された複数のラックに各情報処理装置がそれぞれ収容されて、高度に集積化されて配置されている。この際、これら情報処理装置は、高速化、大容量化、高密度化により大量の熱を発するため、部屋の天井や床に複数の吹出口や吸込口を設置して、これら情報処理装置を空調制御システムで冷却するものとなっている。

この種のデータセンタでは、情報処理装置の稼働状況や空調機の動作不良などに起因して、室内に熱溜まりが発生する場合があり、このような熱溜まりは情報処理装置の処理能力や動作に影響を与える要因となる。このため、このようなデータセンタで用いられる空調制御システムでは、室内に多数の温度センサを設置して、室内の温度分布を詳細に検知し、必要に応じて外部ファンを駆動することにより熱溜まりの発生を防ぐ技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。

特開２００９−２５７７１８号公報

データセンタで用いられる空調制御システムにおいて、室内の温度分布を詳細に検知するためには、多くの温度センサを設置する必要がある。しかしながら、従来からの一般的な温度センサでは、配線ケーブルや電源ライン、さらには電池が必要となる。このため、空調制御システムでこのような温度センサを多数用いた場合には、設置やメンテナンスに関する作業負担が膨大化するという問題点があった。

この種の空調制御システムで用いられる一般的な温度センサは、空調制御装置と配線ケーブルで接続し、計測した温度データをデータ通信により空調制御装置へ送信するものとなっている。このため、多数の温度センサを室内に配置するには、各温度センサと空調制御装置とを配線ケーブルで接続する必要があり、数１００台もの情報処理装置が設置されるようなデータセンタでは、これら配線ケーブルの配線作業が膨大化する。

また、温度センサとして無線データ通信機能を有するワイヤレス温度センサを用いる方法も考えられる。しかしながら、従来のワイヤレス温度センサは、外部電源や電池電源を利用しているため、ワイヤレス温度センサに外部電源を供給する電源ラインの配線のための設置作業負担や、ワイヤレス温度センサに搭載された電池の交換のための保守作業負担が膨大化する。

したがって、このような温度センサの設置や保守に要する作業負担から、実際の空調制御システムでは、数台の情報処理装置に対して１つの温度センサしか設置できないため、稼働状況すなわち発熱量の異なる情報処理装置を一括して空調制御することになり、結果として空調制御システム全体の効率が低下するという問題点があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、温度センサの設置や保守に要する作業負担を軽減できる空調制御技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる空調制御システムは、部屋に設けられた複数の空調機器を制御して、室内に設置された複数の情報処理装置を冷却するための空気調和を行う空調制御システムであって、情報処理装置ごとに設けられて、当該情報処理装置の熱により熱電素子で発電した動作電源を用いて間欠的に動作して、温度センサ素子により計測した当該情報処理装置の温度を無線送信するワイヤレス温度センサと、ワイヤレス温度センサから受信した情報処理装置ごとの温度に基づいて空調機器を制御することにより空気調和を行う空調制御装置とを備えている。

また、本発明にかかる空調制御方法は、部屋に設けられた複数の空調機器を制御して、室内に設置された複数の情報処理装置を冷却するための空気調和を行う空調制御システムで用いられる空調制御方法であって、情報処理装置ごとに設けられて、当該情報処理装置の熱により熱電素子で発電した動作電源を用いて間欠的に動作するワイヤレス温度センサが、温度センサ素子により計測した当該情報処理装置の温度を無線送信するステップと、空調制御装置が、ワイヤレス温度センサから受信した情報処理装置ごとの温度に基づいて空調機器を制御することにより空気調和を行うステップとを備えている。

本発明によれば、各温度センサを空調制御装置と接続するための配線ケーブルや、各温度センサに外部電源を供給するための電源ラインの配線作業、さらには各温度センサに搭載された電池の交換のための保守作業など、温度センサの設置や保守に要する作業負担を軽減することができる。

本実施の形態にかかる空調制御システムの構成を示すブロック図である。図１の平面図である。ワイヤレス温度センサの構成を示すブロック図である。本実施の形態にかかる空調制御システムの動作を示すシーケンス図である。

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、図１および図２を参照して、本実施の形態にかかる空調制御システムについて説明する。図１は、本実施の形態にかかる空調制御システムの構成を示すブロック図である。図２は、図１の平面図である。
この空調制御システム１は、データセンタなどの部屋４１に設置されたサーバ装置などからなる複数の情報処理装置３１を冷却するための空気調和を行う機能を有している。

本実施の形態は、情報処理装置３１ごとにワイヤレス温度センサＷＴを設けて、情報処理装置３１の熱により熱電素子で発電した動作電源を用いて間欠的に動作して、温度センサ素子により計測した当該情報処理装置の温度を無線送信し、空調制御装置１０で、これらワイヤレス温度センサＷＴから受信した情報処理装置３１ごとの温度に基づいて空調機器を制御することにより、情報処理装置３１を冷却するための空気調和を行うようにしたものである。

［空調制御システム］
図１において、部屋４１には、複数のラック３０が列状に配置されており、各ラック３０には各種情報処理を行う複数の情報処理装置３１が重ねて収納されている。
各情報処理装置３１には、当該情報処理装置３１の温度を計測するワイヤレス温度センサＷＴが設けられており、計測された温度が、部屋４１の天井や壁に設置された基地局１１との無線データ通信を介して、ワイヤレス温度センサＷＴから空調制御装置１０へ送信される。

部屋４１の天井には、部屋４１内の暖まった空気を排気として天井空間（あるいは排気ダクト）４２へ排出するための排気ユニット１２が複数設けられている。また、部屋４１の床は二重床になっており、床下空間（あるいは給気ダクト）４３からの冷却された給気を部屋４１に供給するための供給ユニット１３が複数設けられている。

また部屋４１には室内機２０が設置されている。この室内機２０には、外部から供給される冷媒に基づいて天井空間４２からの排気を冷却する冷却コイル２１、冷却コイル２１で冷却された空気を給気として床下空間４３へ送風するファン２２、およびファン２２から送風される給気の温度を計測する給気温度センサ２３が設けられている。

空調制御装置１０は、サーバ装置やパーソナルコンピュータなど、ＣＰＵとその周辺回路を有し、記憶部（図示せず）から読み込んだプログラムを実行することにより各種の機能部を実現する情報処理装置からなり、各ワイヤレス温度センサＷＴから受信した各情報処理装置３１の温度により部屋４１の温度分布を計算する機能と、得られた温度分布および給気温度センサ２３で計測された給気温度に基づいて、個々の給気ユニット１３における給気の風量を計算して指示する機能と、ファン２２における給気の風量を計算して指示する機能とを有している。なお、給気ユニット１３やファン２２の風量を計算する手法については、一般的な公知の計算手法を用いればよい。

［ワイヤレス温度センサ］
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかるワイヤレス温度センサＷＴについて詳細に説明する。図３は、ワイヤレス温度センサの構成を示すブロック図である。
このワイヤレス温度センサＷＴには、主な機能部として、温度センサ素子５１、記憶部５２、制御部５３、無線インターフェース部（以下、無線Ｉ／Ｆ部という）５４、熱電素子５５、および電源回路５６が設けられている。

温度センサ素子５１は、熱電対などのセンサ素子からなり、情報処理装置３１の温度を計測して制御部５３へ出力する機能を有している。温度センサ素子５１で計測する情報処理装置３１の温度としては、例えばＣＰＵや基板の表面温度、情報処理装置３１のケース内部温度、情報処理装置３１の内部ファンで排出される空気の温度などがある。

記憶部５２は、半導体メモリなどの記憶装置からなり、制御部５３での処理動作に必要な各種処理情報やプログラムを記憶する機能を有している。記憶部５２で記憶する主な処理情報としては、温度センサ素子５１で計測した温度を示す温度データ、ワイヤレス温度センサＷＴを識別するための端末ＩＤ、温度データを無線送信する際に必要な通信パラメータなどがある。

制御部５３は、ＣＰＵとその周辺回路を有し、記憶部５２から読み込んだプログラムを実行することにより各種の処理動作を行う演算処理部からなり、主な機能として、タイマ機能を用いて一定周期で自己の状態を、各種処理動作を行うための動作状態と、処理動作を停止して消費電力を削減する待機状態（スリープ状態）とを、順次、切替制御する機能と、動作状態の際に温度センサ素子５１を制御して情報処理装置３１の温度を計測する機能と、動作状態の際に計測した温度を示す温度データに記憶部５２の端末ＩＤを付加して無線Ｉ／Ｆ部５４から送信する機能とを有している。

無線Ｉ／Ｆ部５４は、近距離無線通信などの無線プロトコルを用いて無線データ通信を行う無線回路からなり、基地局１１との間で無線データ通信を行うことにより制御部５３からの温度データや端末ＩＤを送信する機能を有している。

熱電素子５５は、ゼーベック熱電素子（ペルチェ熱電素子）などの熱電変換素子からなり、情報処理装置３１のＣＰＵなどで生ずる熱を利用して発電する機能を有している。ＣＰＵなどで生ずる熱を利用して熱電素子５５で発電する手法については、一般的な公知の手法を用いればよい。
電源回路５６は、熱電素子５５で得られた電力を昇圧し、これを蓄電して安定化することにより、ワイヤレス温度センサＷＴ内の各回路部へ動作電源Ｖとして供給する機能を有している。電源回路５６における、昇圧、蓄電、および安定化の具体的回路については、一般的な公知の回路を用いればよい。

［本実施の形態の動作］
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかる空調制御システム１の動作について説明する。図４は、本実施の形態にかかる空調制御システムの動作を示すシーケンス図である。

ワイヤレス温度センサＷＴの制御部５３は、自己の状態を動作状態と待機状態を一定周期で切替制御しており、動作状態に切り替わった際、温度センサ素子５１を制御して情報処理装置３１の温度を計測する（ステップ１００）
続いて、制御部５３は、得られた温度データに記憶部５２の端末ＩＤを付加して無線Ｉ／Ｆ部５４から送信し（ステップ１０１）、再び待機状態へ戻る。
空調制御装置１０は、基地局１１を介して各ワイヤレス温度センサＷＴからの温度データと端末ＩＤとを受信して、記憶部（図示せず）に保存する（ステップ１０２）。

空調制御装置１０は、各ワイヤレス温度センサＷＴからの温度データと端末ＩＤとを記憶部から読み出して、部屋４１内の温度分布を生成する（ステップ１１０）。この際、予め記憶部に端末ＩＤとその設置位置情報との組からなる端末位置情報を記憶しておき、受信した端末ＩＤと対応する設置位置情報に基づいて、受信した温度データの位置を特定すればよい。

この後、空調制御装置１０は、生成した部屋４１内の温度分布と給気温度センサ２３で計測された給気温度とに基づいて、個々の給気ユニット１３における設定値として給気の風量を計算し（ステップ１１１）、得られた風量をそれぞれの給気ユニット１３へ指示する（ステップ１１２）。
これに応じて、各給気ユニット１３は、空調制御装置１０から指示された風量となるようバルブ開度やファン回転数を制御することにより、床下空間４３から部屋４１へ供給する給気の風量を調節する（ステップ１１３）。

したがって、例えば、部屋４１のうちの特定場所でしきい値より高い温度の領域、すなわち熱溜まりが生じていた場合、その特定場所に近い給気ユニット１３に対して、以前より大きい値の新たな風量が、空調制御装置１０から指示される。
特定場所に近い給気ユニット１３は、空調制御装置１０からの指示に応じてバルブ開度やファン回転数を大きくする。これにより、床下空間４３から部屋４１へ供給する給気の風量が増加し、この給気ユニット１３の近傍の温度が低下する。

また、空調制御装置１０は、生成した部屋４１内の温度分布と給気温度センサ２３で計測された給気温度とに基づいて、ファン２２における設定値として給気の風量を計算し（ステップ１２０）、得られた風量をファン２２へ指示する（ステップ１２１）。
これに応じて、ファン２２は、空調制御装置１０から指示された風量となるようファン回転数を制御することにより、冷却コイル２１から床下空間４３へ送風される給気の風量を調節する（ステップ１２２）。

したがって、例えば、部屋４１全体の平均温度がしきい値より高い場合、ファン２２に対して、以前より大きい値の新たな風量が、空調制御装置１０から指示される。
ファン２２は、空調制御装置１０からの指示に応じてファン回転数を高くする。これにより、冷却コイル２１から床下空間４３へ送風される給気の風量を増加し、部屋４１全体の平均温度が低下する。

［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、室内に設置された情報処理装置３１ごとに、当該情報処理装置３１の熱により熱電素子５５で発電した動作電源Ｖを用いて間欠的に動作するワイヤレス温度センサＷＴを設けて、温度センサ素子５１により計測した当該情報処理装置３１の温度を無線送信し、空調制御装置１０により、これらワイヤレス温度センサＷＴから受信した情報処理装置３１ごとの温度に基づいて、部屋４１の床面に取り付けられた給気ユニット１３や、室内機２０のファン２２などの空調機器を制御することにより、情報処理装置３１を冷却するための空気調和を行うようにしたものである。

これにより、各温度センサを空調制御装置１０と接続するための配線ケーブルや、各温度センサに外部電源を供給するための電源ラインの配線作業、さらには各温度センサに搭載された電池の交換のための保守作業など、温度センサの設置や保守に要する作業負担を軽減することができる。

また、本実施の形態では、各ワイヤレス温度センサＷＴで得られた情報処理装置３１ごとの温度に基づき、部屋４１の温度分布を生成して、空調機器を制御する場合を例として説明したが、部屋４１の温度分布や各情報処理装置３１の温度については、空調機器の制御以外の用途で用いてもよい。

例えば、各情報処理装置３１の温度は、情報処理装置３１の処理負荷状況を示すパラメータと見なすこともでき、温度が高いほど処理負担が大きいことがわかる。このため、各情報処理装置３１のうち温度が高い情報処理装置３１については、温度が低い情報処理装置３１に対して処理負担を分散させることにより、処理効率を高めることができる。このような情報処理装置３１間における処理の分散については、処理の振り分けを行う一般的な負荷分散装置を設けて、空調制御装置１０で処理の分散元情報処理装置３１と分散先情報処理装置３１とを示す指示を生成して負荷分散装置へ通知すればよい。
これにより、最終的には、データセンタ全体の運営コスト（電気代）を削減でき、省エネへの貢献やグリーンＩＴの実現に寄与することができる。

また、部屋４１の温度分布や各情報処理装置３１の温度を、空調制御装置１０で画面表示するようにしてもよい。これにより管理者が熱溜まりの発生や、特定の情報処理装置３１に対する処理負担の集中を容易に把握することができ、熱溜まりの解消や処理負担の集中を解消するため、適切な対応をとることができる。

また、本実施の形態では、空調制御装置１０が情報処理装置３１を冷却するための空気調和を行う際、部屋４１の床面に取り付けられた給気ユニット１３や室内機２０のファン２２などの空調機器を制御する場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、他の空調機器や空調設備を制御してもよい。

例えば、部屋４１の天井に取り付けられた排気ユニット１２を、給気ユニット１３に代えて、あるいは給気ユニット１３に加えて制御するようにしてもよい。また、室内機２０の冷却コイル２１への冷媒供給量を制御するバルブ（図示せず）の開度を、ファン２２に代えて、あるいはファン２２に加えて制御するようにしてもよい。

また、給気ユニット１３やファン２２の制御に代えて、あるいはこれらの制御に加えて、部屋４１の天井に設けた給気ユニットから、冷却された給気を供給する外調機を設け、部屋４１の温度分布や各情報処理装置３１の温度に基づいて、空調制御装置１０から外調機用の給気ユニットでの風量や外調機の送風ファンの風量を制御するようにしてもよい。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１…空調制御システム、１０…空調制御装置、１１…基地局、１２…排気ユニット、１３…給気ユニット、２０…室内機、２１…冷却コイル、２２…ファン、２３…給気温度センサ、３０…ラック、３１…情報処理装置、４１…部屋、４２…天井空間、４３…床下空間、ＷＴ…ワイヤレス温度センサ、５１…温度センサ素子、５２…記憶部、５３…制御部、５４…無線Ｉ／Ｆ部、５５…熱電素子、５６…電源回路。

Claims

部屋に設けられた複数の空調機器を制御して、室内に設置された複数の情報処理装置を冷却するための空気調和を行う空調制御システムであって、
前記情報処理装置ごとに設けられて、当該情報処理装置の熱により熱電素子で発電した動作電源を用いて間欠的に動作して、温度センサ素子により計測した当該情報処理装置の温度を無線送信するワイヤレス温度センサと、
前記ワイヤレス温度センサから受信した前記情報処理装置ごとの温度に基づいて前記空調機器を制御することにより前記空気調和を行う空調制御装置と
を備えることを特徴とする空調制御システム。
部屋に設けられた複数の空調機器を制御して、室内に設置された複数の情報処理装置を冷却するための空気調和を行う空調制御システムで用いられる空調制御方法であって、
前記情報処理装置ごとに設けられて、当該情報処理装置の熱により熱電素子で発電した動作電源を用いて間欠的に動作するワイヤレス温度センサが、温度センサ素子により計測した当該情報処理装置の温度を無線送信するステップと、
空調制御装置が、前記ワイヤレス温度センサから受信した前記情報処理装置ごとの温度に基づいて前記空調機器を制御することにより前記空気調和を行うステップと
を備えることを特徴とする空調制御方法。