JP2012159213A - 空調機運転制御装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空調機のエネルギー消費効率を向上させ、エネルギー消費量を低減する。
【解決手段】サーバを収納した複数のサーバラックとこのサーバラックを冷却する複数の空調機とが配置されたサーバルームにおいて、空調機運転制御装置４は各空調機を制御する。空調機運転制御装置４は、各サーバラックの電流値から各空調機が担当するゾーンの空調負荷を算出する空調負荷算出部４２と、空調負荷と、各空調機の還気温度と給気温度との最大温度差とから、各空調機の給気温度が一定値以上になるように還気温度設定値を空調機毎に算出して、各空調機に還気温度設定値を出力することにより、各空調機を制御する制御部４４とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、サーバを収納した複数のサーバラックとこのサーバラックを冷却する複数の空調機とが配置されたサーバルームやデータセンタにおいて、空調空間が過剰に冷却されないように温度設定を抑制制御する空調機運転制御装置および方法に関するものである。

ＣＲＡＣ（Computer Room Air Conditioner）は、多数のサーバラックが設置されたサーバルームまたはデータセンタに設置される高顕熱型パッケージ空調機である。サーバルーム内はＣＲＡＣによって空気分散を行い、過度に空気の動きがあるエリアやホットスポット（熱溜まり）のエリアをなくす必要がある。また、サーバルームでは機器から出る一定の熱負荷を基準にして、最善のレイアウトでＣＲＡＣを設置する。サーバラックからの暖気はサーバルームの天井裏の排気プレナム（天井裏空間）に排出される。ＣＲＡＣは、この暖気（還気）を上部から吸い込み、吸い込んだ空気を冷却する。ＣＲＡＣによって冷却された冷気（給気）は、サーバルームの床下の給気プレナム（床下空間）に排出され、給気プレナムからサーバルームに吹き出すようになっている。ＣＲＡＣは、給気温度が一定になるように、あるいは還気温度が一定になるように制御を行っている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−１４０４２１号公報

従来の制御では、温度設定値が固定のため、空調負荷に応じた適切な設定値となっていないときは、安全を顧慮した冷やし過ぎの状態となり、ＣＲＡＣのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）が悪くなるという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、空調機のエネルギー消費効率を向上させ、エネルギー消費量を低減することができる空調機運転制御装置および方法を提供することを目的とする。

本発明は、サーバを収納した複数のサーバラックとこのサーバラックを冷却する複数の空調機とが配置されたサーバルームにおける空調機運転制御装置であって、各サーバラックの電流値から各空調機が担当するゾーンの空調負荷を算出する空調負荷算出手段と、前記空調負荷と、各空調機の還気温度と給気温度との最大温度差とから、各空調機の給気温度が一定値以上になるように還気温度設定値を空調機毎に算出して、各空調機に前記還気温度設定値を出力することにより、各空調機を制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の空調機運転制御装置の１構成例は、さらに、外気温度の情報を取得する外気温度取得手段を備え、前記制御手段は、各空調機の還気温度設定値を算出する際に、前記外気温度に応じて前記最大温度差を決定することを特徴とするものである。

また、本発明の空調機運転制御方法は、各サーバラックの電流値から各空調機が担当するゾーンの空調負荷を算出する空調負荷算出ステップと、前記空調負荷と、各空調機の還気温度と給気温度との最大温度差とから、各空調機の給気温度が一定値以上になるように還気温度設定値を空調機毎に算出して、各空調機に前記還気温度設定値を出力することにより、各空調機を制御する制御ステップとを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、空調負荷をゾーン毎に算出し、この空調負荷に基づいて各空調機の還気温度設定値を算出して各空調機を制御するようにしたので、冷し過ぎの状態を抑えることができ、各空調機のエネルギー消費効率を向上させることができる。その結果、本発明では、エネルギー消費量を低減することができる。

また、本発明では、各空調機の還気温度設定値を算出する際に、外気温度に応じて最大温度差を決定することにより、各空調機をより適切に制御することができる。

本発明の実施の形態に係るサーバルームの構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る空調機運転制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る空調機運転制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係るサーバルームの構成を示す平面図である。サーバルーム１内には、複数のサーバラック２と、複数のＣＲＡＣ３とが設置されている。前述のとおり、各サーバラック２からの暖気はサーバルーム１の天井裏の排気プレナム（不図示）に排出される。ＣＲＡＣ３によって冷却された給気は、サーバルーム１の床下の給気プレナムに排出され、給気プレナムからサーバルーム１に吹き出すようになっている。

本実施の形態では、各ＣＲＡＣ３が担当する、サーバルーム１の分割領域であるゾーンＺ１，Ｚ２が明確に定義されている。つまり、各ＣＲＡＣ３がどのサーバラック２の冷却を担当するかが明確に定義されていることになる。このような定義は、サーバラック２やＣＲＡＣ３の配置状況に応じて、設計者が予め定義しておけばよい。

次に、複数のＣＲＡＣ３を制御する本実施の形態の空調機運転制御装置４について説明する。図２は空調機運転制御装置４の構成を示すブロック図である。空調機運転制御装置４は、各ＣＲＡＣ３が排出する給気の温度を取得する給気温度取得部４０と、各ＣＲＡＣ３が吸い込む還気の温度を取得する還気温度取得部４１と、各ＣＲＡＣ３が担当するゾーンＺ１，Ｚ２の空調負荷を算出する空調負荷算出部４２と、各ＣＲＡＣ３の風量情報を取得する風量取得部４３と、各ＣＲＡＣ３を制御する制御部４４と、外気温度を取得する外気温度取得部４５とから構成される。各ＣＲＡＣ３と空調機運転制御装置４との間は、ネットワーク５によって接続されている。

図３は空調機運転制御装置４の動作を示すフローチャートである。給気温度取得部４０は、各ＣＲＡＣ３からネットワーク５を介して給気温度の情報を取得する（図３ステップＳ１）。各ＣＲＡＣ３は、サーバルーム１の床下の給気プレナムに冷却した給気を排出する。各ＣＲＡＣ３の下部には図示しない給気温度センサが設置されている。給気温度取得部４０は、この給気温度センサが計測した給気温度の値を取得する。

還気温度取得部４１は、各ＣＲＡＣ３からネットワーク５を介して還気温度の情報を取得する（図３ステップＳ２）。各ＣＲＡＣ３は、サーバルーム１の天井裏の排気プレナムから還気を吸い込む。各ＣＲＡＣ３の上部には、還気温度センサが設置されている。還気温度取得部４１は、この還気温度センサが計測した還気温度の値を取得する。

空調負荷算出部４２は、各ＣＲＡＣ３が担当するゾーンＺ１，Ｚ２の空調負荷をゾーン毎に算出する（図３ステップＳ３）。空調負荷算出部４２は、各サーバラック２の電流の値を図示しない分電盤あるいは各サーバラック２に設けられた電流計から取得する。前述のとおり、各サーバラック２がいずれのゾーンに属するかは予め定義されているので、空調負荷算出部４２は、電流値をゾーン単位で集計することができる。そして、空調負荷算出部４２は、ゾーン単位の電流値から消費電力をゾーン毎に算出する。複数のサーバが搭載されたサーバラック２の場合、サーバラック２の各サーバで消費される電力の殆どは熱に変わる。したがって、ゾーン単位の消費電力を計算することができれば、各ゾーンの空調負荷を導出できたことになる。

風量取得部４３は、各ＣＲＡＣ３からネットワーク５を介して風量情報を取得する（図３ステップＳ４）
次に、制御部４４は、給気温度取得部４０が取得した給気温度と還気温度取得部４１が取得した還気温度と空調負荷算出部４２が算出した空調負荷と風量取得部４３が取得した風量に基づいて、各ＣＲＡＣ３を制御する（図３ステップＳ５）。

以下の説明では、各ＣＲＡＣ３を定風量の空調機とし、各ＣＲＡＣ３の冷房能力ＲＴを５０ｋＷ、各ＣＲＡＣ３の還気温度と給気温度との最大温度差（入出力最大温度差）ΔＴを１０℃とする。
制御部４４は、基準となる給気温度設定値ＳＡＴが２０℃で、ゾーンＺ１の空調負荷Ｌが５０ｋＷであった場合、ゾーンＺ１を担当するＣＲＡＣ３の還気温度設定値ＲＡＴを以下のように算出する。
ＲＡＴ＝Ｌ／ＲＴ×ΔＴ＋ＳＡＴ＝５０ｋＷ／５０ｋＷ×１０℃＋２０℃＝３０℃
・・・（１）

また、制御部４４は、ゾーンＺ２の空調負荷Ｌが２５ｋＷであった場合、ゾーンＺ２を担当するＣＲＡＣ３の還気温度設定値ＲＡＴを以下のように算出する。
ＲＡＴ＝Ｌ／ＲＴ×ΔＴ＋ＳＡＴ＝２５ｋＷ／５０ｋＷ×１０℃＋２０℃＝２５℃
・・・（２）

こうして、制御部４４は、各ＣＲＡＣ３の給気温度が一定値以上になるように、還気温度設定値ＲＡＴをＣＲＡＣ毎に（すなわちゾーン毎に）に算出することができる。そして、制御部４４は、給気温度設定値ＳＡＴとＣＲＡＣ毎に算出した還気温度設定値ＲＡＴとを、対応するＣＲＡＣ３に出力する。
各ＣＲＡＣ３は、還気温度センサで計測する還気温度が空調機運転制御装置４から出力された還気温度設定値ＲＡＴと一致し、給気温度センサで計測する給気温度が空調機運転制御装置４から出力された給気温度設定値ＳＡＴと一致するように、還気を冷却する。

空調機運転制御装置４は、以上のようなステップＳ１〜Ｓ５の処理をサーバルーム１の空調制御が終了するまで（図３ステップＳ６においてＹＥＳ）、一定時間毎に行う。
以上、説明したように、本実施の形態では、空調負荷をゾーン毎に算出し、この空調負荷に基づいて、各ＣＲＡＣの還気温度設定値を算出してＣＲＡＣを制御するようにしたので、冷し過ぎの状態を抑えることができ、各ＣＲＡＣの運転効率を向上させることができる。

従来は、床下の給気プレナムにおいて複数のＣＲＡＣからの給気風量が混合し、各ＣＲＡＣが担当するゾーンが不明確な状態となっている。本実施の形態では、各ＣＲＡＣが担当するゾーンを明確に定義して、ＣＲＡＣとサーバラックとの対応関係を明確にし、各ＣＲＡＣが賄うべき空調負荷（ＩＴ負荷）を把握することで、空調空間が過剰に冷却されないように温度設定を抑制制御することができる。

なお、本実施の形態では、ＣＲＡＣの還気温度と給気温度との最大温度差ΔＴを固定値としているが、外気温度に応じて変化させるようにしてもよい。その理由は外気温度に応じてＣＲＡＣの冷房能力が変化するからである。
外気温度取得部４５は、図示しない外気温度センサから外気温度の情報を取得するか、あるいは気象予報機関から外気温度の情報を取得する。

制御部４４は、図３のステップＳ５において各ＣＲＡＣ３の還気温度設定値ＲＡＴを算出する際に、外気温度に応じて最大温度差ΔＴを決定する。外気温度と最大温度差ΔＴとの関係は、予め制御部４４に登録されている。制御部４４は、この既知の関係に基づいて、外気温度から最大温度差ΔＴを決定する。
こうして、外気温度に応じて最大温度差ΔＴを変化させることにより、ＣＲＡＣをより適切に制御することができる。

本実施の形態で説明した空調機運転制御装置４は、ＣＰＵ、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、サーバルームやデータセンタにおいて、空調空間が過剰に冷却されないように温度設定を抑制制御する技術に適用することができる。

１…サーバルーム、２…サーバラック、３…ＣＲＡＣ、４…空調機運転制御装置、５…ネットワーク、４０…給気温度取得部、４１…還気温度取得部、４２…空調負荷算出部、４３…風量取得部、４４…制御部、４５…外気温度取得部。

Claims (4)

1. サーバを収納した複数のサーバラックとこのサーバラックを冷却する複数の空調機とが配置されたサーバルームにおける空調機運転制御装置であって、
   各サーバラックの電流値から各空調機が担当するゾーンの空調負荷を算出する空調負荷算出手段と、
   前記空調負荷と、各空調機の還気温度と給気温度との最大温度差とから、各空調機の給気温度が一定値以上になるように還気温度設定値を空調機毎に算出して、各空調機に前記還気温度設定値を出力することにより、各空調機を制御する制御手段とを備えることを特徴とする空調機運転制御装置。
2. 請求項１記載の空調機運転制御装置において、
   さらに、外気温度の情報を取得する外気温度取得手段を備え、
   前記制御手段は、各空調機の還気温度設定値を算出する際に、前記外気温度に応じて前記最大温度差を決定することを特徴とする空調機運転制御装置。
3. サーバを収納した複数のサーバラックとこのサーバラックを冷却する複数の空調機とが配置されたサーバルームにおける空調機運転制御方法であって、
   各サーバラックの電流値から各空調機が担当するゾーンの空調負荷を算出する空調負荷算出ステップと、
   前記空調負荷と、各空調機の還気温度と給気温度との最大温度差とから、各空調機の給気温度が一定値以上になるように還気温度設定値を空調機毎に算出して、各空調機に前記還気温度設定値を出力することにより、各空調機を制御する制御ステップとを備えることを特徴とする空調機運転制御方法。
4. 請求項３記載の空調機運転制御方法において、
   さらに、前記制御ステップの前に、外気温度の情報を取得する外気温度取得ステップを備え、
   前記制御ステップは、各空調機の還気温度設定値を算出する際に、前記外気温度に応じて前記最大温度差を決定することを特徴とする空調機運転制御方法。

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