JP2013213635A - 空調制御方法および空調制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＩＴ機器が健全に動作する温度に保ち、その上で空調機の省エネを実現する空調自動制御方法および空調自動制御システムを提供する。
【解決手段】温度センサ等により各ＩＴ機器（熱源）の実際の温度を測定するとともに、各空調機の消費電力をモニタし、空調機群の吹き出し温度変化量と各熱源の温度変化量との関係、及び空調機群の吹き出し温度を変化させた場合の各空調機の推定消費電力量とに基づいて空調機群の最適吹き出し温度を算出することにより、ＩＴ機器を安全な温度に保ったまま空調機群の省エネを実現する
【選択図】図３

Description

本発明は、空調制御方法および空調制御システムに関し、より詳細には、複数の熱源（例えばＩＴ機器）を冷却するための複数の空調システム群に対して制御を行い、各熱源の温度を目標温度に保った上で空調システム群の総消費電力量を最小にすることに関する。

従来、熱源である複数のＩＴ機器（例えばＩＣＴ装置）が設置されたサーバ室、通信機室やデータセンタ等ではＩＴ機器の発熱を冷却するため空調機の設定温度を十分低く設定したり、ＩＴ機器付近の温度を計測しある一定の温度に保たれるよう空調機の設定温度を制御したりしている。また、空調室の空調吹き出し温度とＩＴ機器温度の関係をモデリングしたシミュレータを用いて、ＩＴ機器の温度条件を満足しながら空調機の消費電力の総和を最小化するような空調機の吹き出し温度を設定し、省エネを図っている従来技術がある。

データセンタの消費電力を削減する技術として、ＩＴ機器制御側で算出されるＩＴ予測電力と空調制御側で算出される空調電力感度を情報交換することで、最適制御と省電力を実現する技術が非特許文献1に記載されている。

ＦＩＴ（電子情報通信学会・情報処理学会）推進委員会編、「環境配慮型データセンタ向けＩＴ連係空調最適化制御方式」、情報科学技術フォーラム講演論文集９（１）、ｐ．９７〜１０２（２０１０年８月２０日）

しかしながら、従来は以下のような問題があった。すなわち、空調機の設定温度を必要以上に低く設定すると空調機の消費電力が増大する。また、シミュレータを用いて消費電力を最小化する方法では、シミュレータが十分に実際の空調室の特性を反映しており、計算した空調機の吹き出し温度で実際のＩＴ機器の温度条件を満足することができればよいが、通常、シミュレータにはモデル誤差が含まれている。従って、計算した吹き出し温度で空調機を運転させるとＩＴ機器の温度が計算した値と異なり、この場合、ＩＴ機器を安定して動作させることができない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、サーバ室、通信機室における空調の最も重要な課題である、ＩＴ機器が健全に動作する温度に保つこと及びその上で空調機の省エネを図ることを実現するための、空調制御方法および空調制御システムを提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、室内における複数の熱源と、前記複数の熱源の温度を各々計測する温度センサと、前記複数の熱源の温度を各々制御する複数の空調機と、前記複数の空調機を制御する空調機制御装置とがネットワークで各々接続された空調制御システムにおける空調制御方法であって、前記複数の熱源の温度を各々計測された温度の情報を、各々取得するステップと、前記複数の空調機の消費電力を各々計測された消費電力の情報を、各々取得するステップと、前記複数の熱源の温度変化量から、前記複数の熱源の所定の温度条件を満たす空調機吹き出し温度変化量の組合せを求めるステップと、前記空調機吹き出し温度変化量の組合せのうち前記空調機の消費電力が最小になる組合せを選択するステップと、前記空調機吹き出し温度変化量の組合せから、前記空調機の消費電力を最小にするように前記複数の熱源の目標温度を算出するステップと、前記複数の熱源の温度が、算出した前記複数の熱源の前記目標温度に追従するように前記空調機の吹き出し温度を制御するステップとを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、室内における複数の熱源と、前記複数の熱源の温度を各々計測する温度センサと、前記複数の熱源の温度を各々制御する複数の空調機と、前記複数の空調機を制御する空調機制御装置とがネットワークで各々接続された空調制御システムであって、前記複数の熱源の温度を各々計測された温度の情報を、各々取得するＩＴ機器温度情報取得部と、前記複数の空調機の消費電力を各々計測された消費電力の情報を、各々取得する空調機消費電力情報取得部と、前記複数の熱源の温度変化量から、前記複数の熱源の所定の温度条件を満たす空調機吹き出し温度変化量の組合せを求める空調機吹き出し温度変化量推定部と、前記空調機吹き出し温度変化量の組合せのうち前記空調機の消費電力が最小になる組合せを選択する空調機消費電力推定部と、前記空調機吹き出し温度変化量の組合せから、前記空調機の消費電力を最小にするように前記複数の熱源の目標温度を算出するＩＴ機器目標温度設定部と、前記複数の熱源の温度が、算出した前記複数の熱源の前記目標温度に追従するように前記空調機の吹き出し温度を制御する空調機制御部とを備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の空調制御方法であって、前記複数の熱源は、複数のＩＴ機器であり、前記温度センサは、前記複数のＩＴ機器に各々装備されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の空調制御システムであって、前記複数の熱源は、複数のＩＴ機器であり、前記温度センサは、前記複数のＩＴ機器に各々装備されることを特徴とする。

以上説明したように、本発明の空調機制御方法および空調機制御システムの構成によれば、センサ等により各ＩＴ機器（熱源）の実際の温度を測定するとともに、各空調機の消費電力をモニタし、空調機群の吹き出し温度変化量と各熱源の温度変化量との関係、及び空調機群の吹き出し温度を変化させた場合の各空調機の推定消費電力量とに基づいて空調機群の最適吹き出し温度を算出することにより、ＩＴ機器を安全な温度に保ったまま空調機群の省エネを実現することが可能となる。

空調機制御システムを示す図の例である。 空調機制御装置を示す図の例である。 空調機制御のフローチャート図の例である。 ＩＴ機器目標温度設定部と空調機制御部による空調室の空調制御を示す図の例である。

以下、図面を参照しながら本発明の空調制御方法および空調制御システムについて実施例を挙げ、詳細に説明する。

図１は、空調制御システムの図の例である。空調室１０には複数のＩＴ機器１１とＩＴ機器１１を冷却する複数の空調機１２、ＩＴ機器１１の情報を取得したり空調機１２を制御する空調機制御装置２０がＬＡＮ（Local Area Network）などのネットワークで接続されている。

ＩＴ機器１１には温度センサが装備されＩＴ機器１１のファン吸気温度を計測する。空調機１２は吹き出し温度を制御するための温度設定が可能であり、空調機１２自身の消費電力を計測している。空調機制御装置２０はＳＮＭＰ（Simple Network Management Protocol）などを用いてＩＴ機器１１の温度情報や空調機１２の消費電力情報を収集したり、空調機１２の吹き出し温度を設定することができる。

図２は、空調機制御装置２０の図の例である。空調機制御装置２０は、ＩＴ機器１１の温度情報を収集するＩＴ機器温度情報取得部２１および空調機１２の消費電力情報を収集する空調機消費電力情報取得部２２を有する。また、ＩＴ機器温度情報取得部２１で取得したＩＴ機器１１の温度情報に基づいて、空調機１２の吹き出し温度変化量を推定する空調機吹き出し温度変化量推定部２３を有する。そして、空調機消費電力情報取得部２２で取得した空調機１２の消費電力情報に基づいて、空調機１２の吹き出し温度を変化させたときの消費電力を推定する空調機消費電力推定部２４を有する。さらに、空調機吹き出し温度変化量推定部２３で推定された空調機１２の吹き出し温度変化量及び空調機消費電力推定部２４で推定された消費電力に基づいて、空調機１２の消費電力が最小となるＩＴ機器目標温度を求めるＩＴ機器目標温度設定部２５を有する。そして、ＩＴ機器目標温度設定部２５で設定されたＩＴ機器１１の目標温度に追従するように空調機１２の吹き出し温度を制御する空調機制御部２６を有する。

空調機吹き出し温度変化量推定部２３において、各空調機１２の吹き出し温度を変化させた時、各ＩＴ機器１１の温度がどれだけ変化するかを表わした関係式は以下に示され、
ΔＴｊ＝ｆｊ（ΔＳ１，ΔＳ２，…ΔＳｍ） ｊ＝１〜ｎ 式１
空調機吹き出し温度変化量推定部２３は、各ＩＴ機器１１の温度変化量が与えられた時にそれを実現する全ての空調機吹き出し温度変化量の組合せを求める。ここで、ｎはＩＴ機器１１の温度測定箇所の数、ｍは空調機の数、ΔＴｊはＩＴ機器１１の温度測定におけるｊ番目の箇所の温度変化量、ΔＳｍはｍ番目の空調機の吹き出し温度変化量、ｆｊはｊ番目のＩＴ機器１１の温度変化に関する関数である。この関数は予め学習データにより決定されていて、簡単な関数ではΔＳｉ（ｉ＝１〜ｍ）の１次式で与えることができる。

空調機消費電力推定部２４が、空調機消費電力情報取得部２２で取得した空調機消費電力情報を用いて空調機１２の吹き出し温度を変化させた時の空調機１２の消費電力を推定する関係式を以下に示す。
ＰＥｉ＝ｇｉ（ΔＳｉ，Ｓｉ，Ｐｉ） ｉ＝１〜ｍ 式２
ここで、ΔＳｉはｉ番目の空調機の吹き出し温度変化量、Ｓｉはｉ番目の空調機の吹き出し温度、Ｐｉはｉ番目の空調機の現在の消費電力、ＰＥｉはｉ番目の空調機の推定消費電力、ｇｉはｉ番目の空調機の消費電力に関する関数である。この関数も予め学習データにより決定されている。

ＩＴ機器目標温度設定部２５は、あるＩＴ機器１１の負荷が増加し温度が上昇し温度条件を逸脱した時、もとの温度条件を満足し、かつ空調機１２の消費電力が最小となるＩＴ機器目標温度を求める。そして、空調機制御部２６は、ＩＴ機器目標温度設定部２５で求めたＩＴ機器１１の目標温度に追従するように空調機１２の吹き出し温度を制御する。

図３は、空調機制御のフローチャート図の例である。空調機制御装置２０はＩＴ機器温度情報取得部２１および空調機消費電力情報取得部２２によりＩＴ機器温度および空調機消費電力情報を取得する（Ｓ１１）。そして、空調機吹き出し温度変化量推定部２３により、ＩＴ機器温度が適正値となるような空調機吹き出し温度の変化量の組み合わせをすべて求める（Ｓ１２）。また、空調機消費電力推定部２４において、空調機１２の現在の消費電力および現在の空調機吹き出し温度設定値から、空調機吹き出し温度変化量の組み合わせのうち空調機１２の消費電力の和が最小となる組み合わせを選択する（Ｓ１３）。ＩＴ機器目標温度設定部２５において、各ＩＴ機器１１の温度変化量を求め、現在のＩＴ機器温度に加算してＩＴ機器目標温度を算出する（Ｓ１４）。空調機制御部２６はＩＴ機器温度がＩＴ機器目標温度に等しくなるように空調機吹き出し温度を制御する（Ｓ１５）。

空調機吹き出し温度変化量推定部２３により、ＩＴ機器温度が適正値となるような空調機吹き出し温度の変化量の組み合わせをすべて求める（Ｓ１２）とは、すなわち、ＩＴ機器１１の温度条件を満たすΔＴｊに関して式１が成立するすべての（ΔＳ１，ΔＳ２，・・・ΔＳｍ）を求めることである。ここで、各空調機１２の吹き出し温度を変化させた時、各ＩＴ機器１１の温度がどれだけ変化するかを表わした式１を利用して空調機吹き出し温度変化量を求めるが、空調機吹き出し温度変化量を各空調機１２について例えば−５℃から５℃の間で０．２℃づつ変化させ、各ＩＴ機器１１の温度変化量を求めて温度条件に適合する空調機吹き出し温度変化量を求めればよい。

空調機消費電力推定部２４において、空調機１２の現在の消費電力および現在の空調機吹き出し温度設定値から、空調機吹き出し温度変化量の組み合わせのうち空調機の消費電力の和が最小となる組み合わせを選択する（Ｓ１３）とは、すなわち、Ｓ１２より求めたすべての（ΔＳ１，ΔＳ２，・・・ΔＳｍ）に関してＰＥｉの総和を比較して最小となる（ΔＳ１，ΔＳ２，・・・ΔＳｍ）を求めることである。

ＩＴ機器目標温度設定部２５において、選択された空調機吹き出し温度変化量の組み合わせ（ΔＳ１，ΔＳ２，・・・ΔＳｍ）を、各空調機１２の吹き出し温度を変化させた時、各ＩＴ機器１１の温度がどれだけ変化するかを表わす式１に代入して各ＩＴ機器１１の温度変化量（ΔＴ1，ΔＴ２，・・・ΔＴｎ）を求め、現在のＩＴ機器温度に加算してＩＴ機器目標温度を算出する（Ｓ１４）。空調室１０の空調機１２への温度設定値Ｓｉ（ｉ＝１〜ｍ（ｍは空調機の数））は以下のような式で与えられる。

ここで、ｎはＩＴ機器１１の温度測定箇所の数、ＴｊはＩＴ機器１１の温度測定におけるｊ番目の箇所の温度測定値、ｒｊはｊ番目のＩＴ機器温度の目標値、Ｋｉｊ、ＬｉｊはＴｊが安定して収束するように決定される係数である。

図４は、ｍ＝ｎ＝２の場合のＩＴ機器目標温度設定部と空調機制御部による空調室の空調制御の図の例である。

第１のＩＴ機器１１１の出力端子にＩＴ機器温度情報取得部２１の第１の入力端子が接続され、第２のＩＴ機器１１２の出力端子にＩＴ機器温度情報取得部２１の第２の入力端子が接続されている。

ＩＴ機器目標温度設定部２５の第１の出力端子に第１の加算器４１１の第１の入力端子が接続され、ＩＴ機器目標温度設定部２５の第２の出力端子に第２の加算器４１２の第１の入力端子が接続されている。また、ＩＴ機器目標温度設定部２５の第１の入力端子にＩＴ機器温度情報取得部２１の第１の出力端子が接続され、ＩＴ機器目標温度設定部２５の第２の入力端子にＩＴ機器温度情報取得部２１の第２の出力端子が接続されている。

そして、第１の加算器４１１の第２の入力端子に第１の入力反転部４３１の出力端子が接続され、第２の加算器４１２の第２の入力端子に第２の入力反転部４３２の出力端子が接続されている。第１の入力反転部４３１の入力端子は、ＩＴ機器目標温度設定部２５の第１の入力端子とＩＴ機器温度情報取得部２１の第１の出力端子との接続点に接続され、第２の入力反転部４３２の入力端子は、ＩＴ機器目標温度設定部２５の第２の入力端子とＩＴ機器温度情報取得部２１の第２の出力端子との接続点に接続されている。

第１の加算器４１１の出力端子に第１の積分器４１２の入力端子が接続され、第２の加算器４１２の出力端子に第２の積分器４２２の入力端子が接続されている。第１の積分器４２１の出力端子に第１の係数乗算部Ｌ１１の入力端子および第３の係数乗算部Ｌ２１の入力端子が接続され、第２の積分器４２２の出力端子に第２の係数乗算部Ｌ１２の入力端子および第４の係数乗算部Ｌ２２の入力端子が接続されている。

第１の係数乗算部Ｌ１１の出力端子および第２の係数乗算部Ｌ１２の出力端子に第３の加算器４１３の第１の入力端子が接続され、第３の係数乗算部Ｌ２１の出力端子および第４の係数乗算部Ｌ２２の出力端子に第４の加算器４１４の第１の入力端子が接続されている。

また、第３の加算器４１３の第２の入力端子に第５の係数乗算部Ｋ１１の出力端子および第６の係数乗算部Ｋ１２の出力端子が接続され、第４の加算器４１４の第２の入力端子に第７の係数乗算部Ｋ２１の出力端子および第８の係数乗算部Ｋ２２の出力端子が接続されている。第３の加算器４１３の出力端子に第１の空調機１２１の入力端子が接続され、第４の加算器４１４の出力端子に第２の空調機１２２の入力端子が接続されている。

ＩＴ機器温度情報取得部２１の第１の出力端子とＩＴ機器目標温度設定部２５の第１の入力端子との接続点に、第５の係数乗算部Ｋ１１の入力端子および第７の係数乗算部Ｋ２１の入力端子が接続され、ＩＴ機器温度情報取得部２１の第２の出力端子とＩＴ機器目標温度設定部２５の第２の入力端子との接続点に、第６の係数乗算部Ｋ１２の入力端子および第８の係数乗算部Ｋ２２の入力端子が接続されている。

ＩＴ機器目標温度設定部２５は、現在のＩＴ機器温度情報などからＩＴ機器目標温度情報を出力し、現在のＩＴ機器温度Ｔ₄₃との誤差情報を第１の積分器４２１および第２の積分器４２２に入力し、第１の積分器４２１および第２の積分器４２２の出力に係数Ｌｉｊを掛けた出力と、各ＩＴ機器温度Ｔ₄₃に係数Ｋｉｊを掛けた温度を加算して空調機設定温度Ｔ₄₂とする。第１の空調機１２１、第２の空調機１２２をこのように設定するとＩＴ機器温度Ｔ₄₃はＩＴ機器目標温度Ｔ₄₁に追従するようになる。すなわち、第１のＩＴ機器１１１、第２のＩＴ機器１１２を安全な温度に保った上で第１の空調機１２１、第２の空調機１２２の消費電力を最小にすることが可能となる。ＩＴ機器目標温度設定部２５による目標温度設定は例えば１５分ごとに行い、１５分ごとに決められた目標温度に追従するよう空調機制御部２６による空調機設定温度Ｔ₄₂の制御は、例えば1分ごとに行う。

１０ 空調室
１１ ＩＴ機器
１２ 空調機
２０ 空調機制御装置
２１ ＩＴ機器温度情報取得部
２２ 空調機消費電力情報取得部
２３ 空調機吹き出し温度変化量推定部
２４ 空調機消費電力推定部
２５ ＩＴ機器目標温度設定部
２６ 空調機制御部
１１１ 第１のＩＴ機器
１１２ 第２のＩＴ機器
１２１ 第１の空調機
１２２ 第２の空調機
４１１ 第１の加算器
４１２ 第２の加算器
４１３ 第３の加算器
４１４ 第４の加算器
４２１ 第１の積分器
４２２ 第２の積分器
４３１ 第１の入力反転部
４３２ 第２の入力反転部
Ｌ１１ 第１の係数乗算部
Ｌ１２ 第２の係数乗算部
Ｌ２１ 第３の係数乗算部
Ｌ２２ 第４の係数乗算部
Ｋ１１ 第５の係数乗算部
Ｋ１２ 第６の係数乗算部
Ｋ２１ 第７の係数乗算部
Ｋ２２ 第８の係数乗算部

Claims (4)

1. 室内における複数の熱源と、
   前記複数の熱源の温度を各々計測する温度センサと、
   前記複数の熱源の温度を各々制御する複数の空調機と、
   前記複数の空調機を制御する空調機制御装置とがネットワークで各々接続された空調制御システムにおける空調制御方法であって、
   前記複数の熱源の温度を各々計測された温度の情報を、各々取得するステップと、
   前記複数の空調機の消費電力を各々計測された消費電力の情報を、各々取得するステップと、
   前記複数の熱源の温度変化量から、前記複数の熱源の所定の温度条件を満たす空調機吹き出し温度変化量の組合せを求めるステップと、
   前記空調機吹き出し温度変化量の組合せのうち前記空調機の消費電力が最小になる組合せを選択するステップと、
   前記空調機吹き出し温度変化量の組合せから、前記空調機の消費電力を最小にするように前記複数の熱源の目標温度を算出するステップと、
   前記複数の熱源の温度が、算出した前記複数の熱源の前記目標温度に追従するように前記空調機の吹き出し温度を制御するステップと、
   を備えることを特徴とする空調制御方法。
2. 室内における複数の熱源と、
   前記複数の熱源の温度を各々計測する温度センサと、
   前記複数の熱源の温度を各々制御する複数の空調機と、
   前記複数の空調機を制御する空調機制御装置とがネットワークで各々接続された空調制御システムであって、
   前記複数の熱源の温度を各々計測された温度の情報を、各々取得するＩＴ機器温度情報取得部と、
   前記複数の空調機の消費電力を各々計測された消費電力の情報を、各々取得する空調機消費電力情報取得部と、
   前記複数の熱源の温度変化量から、前記複数の熱源の所定の温度条件を満たす空調機吹き出し温度変化量の組合せを求める空調機吹き出し温度変化量推定部と、
   前記空調機吹き出し温度変化量の組合せのうち前記空調機の消費電力が最小になる組合せを選択する空調機消費電力推定部と、
   前記空調機吹き出し温度変化量の組合せから、前記空調機の消費電力を最小にするように前記複数の熱源の目標温度を算出するＩＴ機器目標温度設定部と、
   前記複数の熱源の温度が、算出した前記複数の熱源の前記目標温度に追従するように前記空調機の吹き出し温度を制御する空調機制御部と、
   を備えたことを特徴とする空調制御システム。
3. 前記複数の熱源は、複数のＩＴ機器であり、
   前記温度センサは、前記複数のＩＴ機器に各々装備されることを特徴とする請求項１に記載の空調制御方法。
4. 前記複数の熱源は、複数のＩＴ機器であり、
   前記温度センサは、前記複数のＩＴ機器に各々装備されることを特徴とする請求項２に記載の空調制御システム。

Images