JP2013181716A - サーバー室の空調システムおよび空調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 空調機械室の階高および床面積の増大を招くことなく、サーバー室に関する空調機器の冗長性を確保する。
【解決手段】 サーバー室（２２）の空調システムは、冷却空気を供給する複数の空調機（５ａ〜５ｂ）と、複数の空調機の各々から供給された冷却空気を天井吹出口まで送給する複数の給気ダクト（１ａ〜１ｂ）と、天井吸込口から吸い込まれた高温空気を対応する空調機へ還流させる複数の還気ダクトと、サーバー室の内部に設けられて、複数の給気ダクトを互いに連通させる接続ダクト（６）とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、サーバー室の空調システムおよび空調方法に関する。さらに詳細には、本発明は、例えばホットアイル・コールドアイル方式のサーバー室における空調に関するものである。

データセンターのサーバー室では、並列配置された複数のサーバーラックに収容された多数のサーバーを効率良く冷却することが求められる。従来、ホットアイル・コールドアイル方式のサーバー室の空調手法として、床下のＯＡフロアを通じて冷風を給気するとともに天井にて高温空気の吸込みを行う方式、すなわち床吹出し・天井吸込み方式の空調システムが知られている。

本出願人は、床吹出し・天井吸込み方式よりも効率的な空調システムとして、いわゆる天井吹出し・天井吸込み方式の空調システムを提案している（例えば、特許文献１を参照）。この空調システムでは、冷たくて重たい空気（冷却空気）を天井から吹き下ろし、空気の浮力を利用して暖かくて軽い空気（高温空気）を天井へ戻すことにより、理に適った空気の流れを作り出し、冷却の効率化を図っている。

データセンターの信頼性を確保するには、例えば必要数Ｎよりも１台多いＮ＋１台の空調機を設置すること、すなわち空調機器の冗長性が求められる。従来、空調機器の冗長性を確保するために、空調機械室において、複数の空調機と複数の給気ダクトとの間に並列接続用のヘッダを設ける構成が知られている。この構成では、１台の空調機が故障しても、他の空調機からの冷却空気がヘッダを経てすべての給気ダクトに分散供給され、ひいてはすべての天井吹出口を介してサーバー室へ流入する。

特開２０１０−１２７６０６号公報

しかしながら、ヘッダを利用する従来の技術では、複数の空調機と複数の給気ダクトとの間に介在するヘッダが空調機械室に設けられるため、空調機の上方にヘッダ設置用の空間を余分に確保するか、あるいは空調機の側方にヘッダ設置用の空間を余分に確保する必要がある。その結果、ヘッダ設置用の空間の確保に起因して、空調機械室の階高を大きくするか、あるいは空調機械室の床面積を大きくする必要があり、ひいては空調コストが増大する傾向にあった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、空調機械室の階高および床面積の増大を招くことなく、サーバー室に関する空調機器の冗長性を確保することのできる空調システムおよび空調方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、サーバー室の空調システムにおいて、
冷却空気を供給する複数の空調機と、
前記複数の空調機の各々から供給された冷却空気を天井吹出口まで送給する複数の給気ダクト（給気チャンバ）と、
前記天井吸込口から吸い込まれた高温空気を対応する空調機へ還流させる複数の還気ダクト（還気チャンバ）と、
前記サーバー室の内部に設けられて、前記複数の給気ダクトを互いに連通させる接続ダクトとを備えていることを特徴とする空調システムを提供する。

本発明の第２形態では、サーバー室の空調方法において、
複数の空調機の各々から供給された冷却空気を、給気ダクト（給気チャンバ）を介して天井吹出口まで送給することと、
前記天井吸込口から吸い込まれた高温空気を、還気ダクト（還気チャンバ）を介して対応する空調機へ還流させることと、
前記サーバー室の内部に設けられた接続ダクトを用いて複数の前記給気ダクトを互いに連通させることとを含むことを特徴とする空調方法を提供する。

本発明では、複数の空調機の各々から供給された冷却空気を天井吹出口まで送給する複数の給気ダクトを互いに連通させる接続ダクトが、サーバー室の内部に設けられている。したがって、任意の空調機が故障しても、接続ダクトの作用により、故障した空調機以外の空調機からの冷却空気がすべての給気ダクトに分散供給され、ひいてはすべての天井吹出口を介してサーバー室へ流入する。こうして、本発明では、空調機械室の階高および床面積の増大を招くことなく、サーバー室に関する空調機器の冗長性を確保することができ、ひいてはデータセンターの信頼性を高めることができる。

本発明の実施形態にかかる空調システムの基本的な構成を概略的に示す図である。 本実施形態にかかる空調システムの全体構成を概略的に示す図である。 本実施形態にかかる空調システムの作用効果を説明する第１の図である。 本実施形態にかかる空調システムの作用効果を説明する第２の図である。 接続ダクトの配置に関する変形例を概略的に示す図である。 ヘッダを利用する従来の技術の不都合について説明する第１の図である。 ヘッダを利用する従来の技術の不都合について説明する第２の図である。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる空調システムの基本的な構成を概略的に示す図である。本実施形態の空調システムが適用されるサーバー室では、複数のサーバーラックが並列に配置されている。図１では、紙面の制限により、図中水平方向に並列配置された複数のサーバーラックのうち、２つのサーバーラック１１ａ，１１ｂだけを示している。各サーバーラックには、図示を省略した多数のサーバーが縦横に収容されている。

サーバーは、前面から空気を吸い込んでプロセッサなどの内部部品を冷却し、背面から排気する構造になっている。ホットアイル・コールドアイル方式のサーバー室では、各サーバーラックにおいてすべてのサーバーの前面が同じ側を向くように収容される。また、並列方向（図１中水平方向）に隣り合う一対のサーバーラックにおいて、一方のサーバーラックに収容されたサーバーの前面（または背面）と他方のサーバーラックに収容されたサーバーの前面（または背面）とが向き合うように配置される。

具体的に、図中右側のサーバーラック１１ａではすべてのサーバーの前面が左側を向くように収容され、左側のサーバーラック１１ｂではすべてのサーバーの前面が右側を向くように収容されている。以下、収容されているサーバーの前面側をサーバーラックの前面側といい、サーバーの背面側をサーバーラックの背面側という。この場合、サーバーラック１１ａ，１１ｂの背面側の空間（図中破線の楕円で示す）がホットアイル１２であり、一対のサーバーラック１１ａと１１ｂとの間の空間（図中破線の楕円で示す）がコールドアイル１３である。

すなわち、ホットアイル１２はサーバーの排熱が集まる空間であり、コールドアイル１３はサーバーが吸引する冷気を集める空間である。ホットアイル・コールドアイル方式のサーバー室では、並列配置された複数のサーバーラックの間にホットアイルとコールドアイルとが交互に形成され、室内空間がホットアイルとコールドアイルとに明確に区分けされている。その結果、空調機からの冷却空気が効率良くサーバーに供給されるので、サーバー室内の冷却効率が向上し、空調機の消費電力が削減される。

本実施形態では、天井吹出し・天井吸込み方式の空調システムを採用している。すなわち、本実施形態の空調システムでは、図示を省略した空調機から給気ダクト（給気チャンバ）１を介して供給された冷却空気が、天井吹出口２から下方へ吹き出され、サーバーラック１１ａと１１ｂとの間のコールドアイル１３に冷温領域を形成する。サーバーラック１１ａ，１１ｂ中のサーバーは、コールドアイル１３から冷温空気を吸い込む。

一方、サーバーラック１１ａ，１１ｂ中のサーバーの排熱により、サーバーラック１１ａの背面側およびサーバーラック１１ｂの背面側のホットアイル１２には、高温領域が形成される。ホットアイル１２の高温空気は、その浮力により自然に上昇し、ホットアイル１２の上方に設けられた天井吸込口３へ流入する。天井吸込口３に吸い込まれた空気は、還気ダクト（還気チャンバ）４を介して空調機へ還流する。

以下、本実施形態の特徴的な構成および作用の説明に先立ち、図６および図７を参照して、ヘッダを利用する従来の技術の不都合について説明する。図６を参照すると、空調機械室６１の内部に３台の空調機６２およびヘッダ６３が設けられ、サーバー室６４の内部に４本の給気ダクト６５が設けられている。３台の空調機６２と４本の給気ダクト６５との間に介在するヘッダ６３は、３台の空調機６２の側方に配置されている。

ヘッダ６３を利用する図６の従来構成では、１台の空調機が故障しても、他の空調機からの冷却空気がヘッダ６３を経てすべての給気ダクト６５に分散供給され、ひいてはすべての天井吹出口（不図示）を介してサーバー室６４へ流入する。しかしながら、空調機械室６１の内部において空調機６２の側方にヘッダ６３を設置するための余分な空間を確保する必要があるため、空調機械室６１の床面積の増大を招いてしまう。

一方、図７に示す従来の構成では、例えば３台の空調機６２と４本の給気ダクト６５との間に介在するヘッダ６３が、３台の空調機６２の上方に配置されている。この構成において１台の空調機が故障しても、他の空調機からの冷却空気がヘッダ６３を経てすべての給気ダクト６５に分散供給される。しかしながら、空調機械室６１の内部において空調機６２の上方にヘッダ６３を設置するための余分な空間を確保する必要があるため、空調機械室６１の階高の増大を招いてしまう。

図２は、本実施形態にかかる空調システムの全体構成を概略的に示す図である。図２では、説明の理解を容易にするために、空調機械室２１の内部に４台の空調機５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが設置され、空調機５ａ〜５ｄに給気ダクト１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄがそれぞれ接続されている例を示している。一般的には、必要数よりも多い空調機が設置され、各空調機に対して１つまたは複数の給気ダクトが接続されている。

図２（ａ）の平面図における鉛直方向、すなわち空調機５ａ〜５ｄおよび給気ダクト１ａ〜１ｄの並列方向は、図１における水平方向、すなわち複数のサーバーラック１１の並列方向に対応している。したがって、図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図において紙面に垂直な方向は、空調機５ａ〜５ｄ、給気ダクト１ａ〜１ｄ、および複数のサーバーラック１１の並列方向に対応している。図２（ａ）では、図面の明瞭化のために、サーバーラック１１および還気ダクト（還気チャンバ）４の図示を省略している。

本実施形態の空調システムは、サーバー室２２の内部に設けられて給気ダクト１ａ〜１ｄを互いに連通させる接続ダクト６を備えている。具体的に、接続ダクト６は、給気ダクト１ａ〜１ｄの空調機側とは反対側の末端部を互いに連通させるように、給気ダクト１ａ〜１ｄが延びる方向と直交する方向に沿って直線状に延びている。また、接続ダクト６の断面サイズは、各給気ダクト１ａ〜１ｄの空調機側の基端部における断面サイズよりも大きい。

本実施形態では、サーバー室２２の内部に設けられた接続ダクト６を介して、給気ダクト１ａ〜１ｄが互いに連通している。したがって、図３に示すように、例えば空調機５ａが故障しても、他の空調機５ｂ〜５ｄから給気ダクト１ｂ〜１ｄを介して供給された冷却空気が、接続ダクト６を経て、故障した空調機５ａに接続されている給気ダクト１ａに送り込まれる。同様に、図４に示すように、例えば空調機５ｃが故障しても、他の空調機５ａ，５ｂ，５ｄから給気ダクト１ａ，１ｂ，１ｄを介して供給された冷却空気が、接続ダクト６を経て、故障した空調機５ｃに接続されている給気ダクト１ｃに送り込まれる。

すなわち、任意の空調機が故障しても、接続ダクト６の作用により、故障した空調機以外の空調機からの冷却空気がすべての給気ダクト１ａ〜１ｄに分散供給され、ひいてはすべての天井吹出口２を介してサーバー室２２へ流入する。このように、本実施形態では、給気ダクト１ａ〜１ｄを互いに連通させる接続ダクト６がサーバー室２２の内部に設けられているので、空調機械室２１の階高および床面積の増大を招くことなく、サーバー室に関する空調機器の冗長性を確保することができ、ひいてはデータセンターの信頼性を高めることができる。

ちなみに、データセンターは、必要数Ｎよりも１台多いＮ＋１台の空調機が設置されている場合には米国の民間団体であるUptime Instituteが作成した基準「ティア３」で規定される信頼性を、２台多いＮ＋２台の空調機が設置されている場合には「ティア４」で規定される信頼性を有することになる。また、本実施形態では、空調機器の冗長性の確保のために空調機械室の階高や床面積を増大させる必要がないので、構造形式や柱の位置などに関連する設計仕様を一般的なデータセンターの仕様から変更する必要がなく、データセンターの建設にかかる手間やコストの削減を図ることができる。

なお、上述の説明では、接続ダクト６が、給気ダクト１ａ〜１ｄの空調機側とは反対側の末端部を互いに連通させるように、給気ダクト１ａ〜１ｄが延びる方向と直交する方向に沿って直線状に延びている。しかしながら、これに限定されることなく、接続ダクトの具体的な構成、配置などについては様々な形態が可能である。例えば図５に示すように、互いに隣り合う一対の給気ダクトを任意の位置において接続ダクトによりそれぞれ連通させる変形例も可能である。

図５の変形例では、給気ダクト１ａと１ｂとを接続ダクト６ａｂにより連通させ、給気ダクト１ｂと１ｃとを接続ダクト６ｂｃにより連通させ、給気ダクト１ｃと１ｄとを接続ダクト６ｃｄにより連通させている。３つの接続ダクト６ａｂ，６ｂｃ，６ｃｄは、給気ダクト１ａ〜１ｄが延びる方向と直交する方向に沿ってそれぞれ直線状に延びているが、その配置位置は給気ダクト１ａ〜１ｄが延びる方向に沿って互いに異なっている。

ただし、サーバー室２２では、還気ダクト、配線、梁などの存在が接続ダクトの自由な配置を困難にすることが考えられる。したがって、図２の実施形態のように給気ダクト１ａ〜１ｄの空調機側とは反対側の末端部を互いに連通させる接続ダクト６の方が、図５の変形例のように互いに隣り合う一対の給気ダクトをそれぞれ連通させる複数の接続ダクトよりも、還気ダクト、配線、梁などを避けて配置することが容易である。

また、上述の説明では、矩形状の断面を有する接続ダクト６の断面サイズを、各給気ダクト１ａ〜１ｄの空調機側の基端部における断面サイズよりも大きく設定している。しかしながら、これに限定されることなく、接続ダクトの断面サイズ、断面形状などについては様々な形態が可能である。ただし、故障した空調機以外の空調機からの冷却空気がすべての給気ダクトに十分円滑に分散供給されるように、接続ダクトの断面サイズを各給気ダクトの空調機側の基端部における断面サイズ以上に設定することが好ましい。また、空調機械室の階高の増大などを回避するために、接続ダクトの断面を扁平な形状にすることもできる。

１ 給気ダクト（給気チャンバ）
２ 天井吹出口
３ 天井吸込口
４ 還気ダクト（還気チャンバ）
５ａ〜５ｄ 空調機
６ 接続ダクト
１１，１１ａ，１１ｂ サーバーラック
１２ ホットアイル
１３ コールドアイル
２１ 空調機械室
２２ サーバー室

Claims (7)

1. サーバー室の空調システムにおいて、
   冷却空気を供給する複数の空調機と、
   前記複数の空調機の各々から供給された冷却空気を天井吹出口まで送給する複数の給気ダクトと、
   前記天井吸込口から吸い込まれた高温空気を対応する空調機へ還流させる複数の還気ダクトと、
   前記サーバー室の内部に設けられて、前記複数の給気ダクトを互いに連通させる接続ダクトとを備えていることを特徴とする空調システム。
2. 前記複数の給気ダクトおよび前記複数の還気ダクトは第１方向に沿って延びており、前記接続ダクトは前記第１方向と直交する第２方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記接続ダクトは、前記複数の給気ダクトの空調機側とは反対側の末端部を互いに連通させるように直線状に延びていることを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
4. 前記接続ダクトの断面サイズは、各給気ダクトの空調機側の基端部における断面サイズよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の空調システム。
5. サーバー室の空調方法において、
   複数の空調機の各々から供給された冷却空気を、給気ダクトを介して天井吹出口まで送給することと、
   前記天井吸込口から吸い込まれた高温空気を、還気ダクトを介して対応する空調機へ還流させることと、
   前記サーバー室の内部に設けられた接続ダクトを用いて複数の前記給気ダクトを互いに連通させることとを含むことを特徴とする空調方法。
6. 前記給気ダクトを介して前記天井吹出口まで供給された冷却空気を下方へ吹き出してサーバーラック間のコールドアイルに冷温領域を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の空調方法。
7. サーバーの排熱によりサーバーラック間のホットアイルに形成される高温空気を前記天井吸込口から吸い込むことをさらに含むことを特徴とする請求項５または６に記載の空調方法。

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