JP2013228161A - サーバ室の空調設備 - Google Patents

Abstract

【課題】サーバ室を対象とする有効適切な空調設備を提供する。
【解決手段】所定台数のサーバラック２がそれぞれ配列された２列のサーバラック列３を間隔をおいて対向配置し、２列のサーバラック列の間に冷気の給気経路となるコールドアイルＣＡを設定して１モジュールのサーバラック群４を設定する。サーバ室１内に単一または複数のサーバラック群を設置してそのサーバラック群の両側または各サーバラック群の間にホットアイルＨＡを設定する。ホットアイルとコールドアイルとの間を区画壁によって区画する。１モジュールのサーバラック群に対してそれぞれアンビエント空調機７としての壁吹き出し型空調機を設置し、タスク空調機８としての天井ユニット型空調機を設置可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明はサーバ室を対象とする空調設備に関する。

周知のように、データセンターや電算センターといったコンピュータ関連施設においては多数のサーバを設置するためのサーバ室が設けられる。
一般的なサーバ室では、多数のサーバを所定規格のサーバラック内に高密度に収容したうえで、多数のサーバラックをサーバ室内に密に配列した状態で設置することが通常である。

この種のサーバ室では、多数のサーバからの発熱を処理するための空調設備が不可欠であり、そのための空調設備としてはたとえば特許文献１に示されるものが知られている。これは、サーバ室内全体を効率的に冷却するために、冷気の通過経路となるコールドアイルと暖気の通過経路となるホットアイルを明確に区分するとともに、サーバ室全体に対するベース空調を行うためのアンビエント空調機とサーバラック周辺に対する局所空調を行うためのタスク空調機を並設したものである。

特開２００９−２３６３３５号公報

上記従来の空調設備は基本的には効率的な空調が可能であるが、アンビエント空調を床下空調方式として行うことから、その点で以下のような問題がある。

すなわち、床下空調方式はサーバ室の床を二重床（フリーアクセスフロア）として構成してアンビエント空調機からの冷気を床下に供給し、床面に設けた給気用のグリルから冷気を上方に吹き出してサーバ室内に供給することを基本とすることから、アンビエント空調をそのような床下空調方式により行う場合には、
・二重床内に設置される床下配線による空調障害発生の懸念がある、
・床下空間とサーバ室空間を全て冷却する必要があるため、また床下での通風抵抗も大きいことから、ファンの所要動力が大きくなり、設備費および運転費が嵩む、
・サーバ室を部分的に稼働させるような対応が取りにくい。すなわち、たとえばサーバ室内に間仕切りを設けて部分的に稼働させる場合には間仕切り壁をサーバ室内のみならず二重床内にも設ける必要がある。また、間仕切り壁を撤去してサーバ室を拡張するような改修を行う場合、二重床内の間仕切り壁も撤去しなければならないし、それに伴い改修を必要としない既稼働エリアの空調環境も変化してしまう、
といった課題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、サーバ室内を効率的に空調可能であることはもとより、負荷に応じた最適運転が可能であり、将来的な増改築や改修にも対応し易い有効適切な空調設備を提供することを目的とする。

本発明はサーバ室内に多数のサーバラックが配列されて設置されるサーバ室を対象とする空調設備であって、所定台数のサーバラックがそれぞれ配列された２列のサーバラック列を間隔をおいて対向配置して、それら２列のサーバラック列の間に冷気の給気経路となるコールドアイルを設定するとともに、それら２列のサーバラック列とそれらの間に設定した前記コールドアイルとによる１モジュールのサーバラック群を設定し、前記サーバラック群を前記サーバ室内に単一でまたは間隔をおいて複数並設して、該サーバラック群の両側または各サーバラック群の間に前記コールドアイルから前記サーバラックを通過した暖気の還気経路となるホットアイルを設定して、該ホットアイルと前記コールドアイルとの間を区画壁によって区画してなり、前記１モジュールのサーバラック群に対してアンビエント空調機を設置するとともにタスク空調機を設置可能とし、前記アンビエント空調機を前記コールドアイルに面する位置において床面上に設置されて冷気を該コールドアイルに対して直接供給する壁吹き出し型空調機とし、前記タスク空調機を前記コールドアイルの上部に設置されて冷気を該コールドアイルの上部から下方に向けて直接供給する天井ユニット型空調機としてなることを特徴とする。

本発明の空調設備によれば、以下のような効果が得られる。
アンビエント空調機としての壁吹き出し型空調機を各モジュールのサーバラック群におけるコールドアイルに面する位置において床面に設置して、そのアンビエント空調機から各コールドアイルに対して冷気を直接供給するので、従来一般の空調設備のように床下空調方式とする場合に比べて床下空間までも冷却する必要はない。したがって、対象とするコールドアイルを直接的に冷却できることから冷却効率に優れることはもとより、ファンの所要動力を削減できて省エネルギーを図ることができ、床下配線による空調障害の問題もない。
また、従来のように床下空調方式による場合には設備拡張時に既稼働エリアの床下空調環境も変化させてしまい、そのため拡張する都度、既稼働エリアの空調環境の再調整や再確認も必要であるが、本実施形態ではそのような面倒の手間やそのための費用を必要としない。

また、モジュール単位でアンビエント空調機とタスク空調機による最適かつ効率的な省エネルギー制御が可能であるし、施設の拡張や段階的実装をモジュール単位で容易に行うことが可能であり、それぞれの時点でサーバラック容量に応じた最適な空調システムの構築が可能である。

さらに、アンビエント空調機としての壁吹き出し型空調機とタスク空調機としての天井カセット型空調機を併用するので、それらの空調機により互いにバックアップが可能であるし、一時的な負荷変動に対してはタスク空調機の制御により容易に対応可能である。また、将来的な負荷変動や冷房能力増強に対してはタスク空調機を増設したりその設置位置を変更する等により容易にかつ広範に対応可能であり、将来にわたってフレキシブルかつ冗長性に優れて信頼性の高い空調運転が可能である。

本発明の実施形態である空調設備の概略構成を示すもので、サーバ室の部分平面図である。 同、サーバ室の断面図（図１におけるII−II線視断面図）である。 同、サーバ室の断面図（図２におけるIII−III線視断面図）である。

以下、図１〜図３を参照して本発明の空調設備の実施形態について説明する。
本実施形態の空調設備の最小単位は図１に示す１モジュールである。このモジュールを単一でもしくは図１のように複数組み合わせることでサーバ室のサーバラックレイアウトが構成される。本実施形態の空調設備は、このようなモジュールの考え方に基づいてサーバラック２が配列されて設置されているサーバ室１を対象とするものである。
なお、図１および図３においてはサーバ室１の形態の一例を示すものであり、本発明におけるモジュール数、ラック数は図１のものに限定されることなく任意であることはいうまでもない。

本実施形態におけるサーバ室１は、図１に示す１モジュールが最小単位である。本実施形態ではこのモジュールを図１において紙面の上下方向に複数組み合わせることでサーバ室１を構成している。但し、本発明では複数のモジュールを組み合わせることに限らず単一のモジュールのみでサーバ室１を構成することも含まれる。
図１に示す本実施形態では、一方向（図１において紙面の上下方向、図２において紙面に直交する方向、図３において紙面の左右方向。以下ではこの方向をサーバ室１の幅方向という。）に長い矩形平面形状をなしており、その内部に多数のサーバラック２が設置されているサーバ室形状が一般的となる。
なお、図２〜図３に示しているように、本実施形態におけるサーバ室１の床面には通常のサーバ室の場合と同様に二重床１ａ（フリーアクセスフロア）が形成されているが、その二重床１ａは専ら床下配線用として利用されるものであって特許文献１に示されるもののように空調に利用されるものではない。このため、本発明においては二重床１ａの有無は任意である。
また、同じく図２〜図３に示しているように、サーバ室１の天井面には二重天井１ｂが形成されているが、その二重天井１ｂは後述するように暖気の還気経路であるホットアイルＨＡとして、またタスク空調機８としての天井ユニット型空調機の設置スペースとして利用されるものである。

本実施形態におけるサーバラック２の配列パターンは、所定台数（図示例では１０台）のサーバラック２をサーバ室１の奥行方向（幅方向に直交する水平方向。すなわち図１〜図２において紙面の左右方向、図３において紙面に直交する方向）に隣接配置して１列のサーバラック列３を形成し、それらサーバラック列３を幅方向に間隔をおいて複数（図１，図３では一例として６列のみを図示）配列したことを基本としている。

そして、それら多数のサーバラック列３のうち、サーバ室１の幅方向に隣り合う２列のサーバラック列３どうしを対向配置してそれらの間に冷気の給気経路となるコールドアイルＣＡを設定するとともに、それら２列のサーバラック列３とそれらの間に設定したコールドアイルＣＡとによって１モジュールのサーバラック群４を設定している（図１、図３では一例として６列のサーバラック列３による３モジュールのサーバラック群４を図示している）。

これにより、上記のサーバラック群４がサーバ室１内に幅方向に間隔をおいて（その間隔は各サーバラック群４における上記のコールドアイルＣＡを設定するための間隔とほぼ同等で良い）複数並設されるので、各サーバラック群４の間（すなわち各サーバラック群４における各サーバラック列３の背面側）に、上記のコールドアイルＣＡから各サーバラック２を通過した暖気の還気経路となるホットアイルＨＡを設定している。
なお、サーバラック群４が１モジュールのみの場合には、そのサーバラック群４の両側（各サーラック列３の背面側）がホットアイルＨＡとなる。
そして、それらコールドアイルＣＡとホットアイルＨＡとを明確に区画するために、図３に示すように各サーバラック群４におけるコールドアイルＣＡとその背面側のホットアイルＨＡとの間に、サーバラック列３と二重天井１ｂの間を塞ぐように設置された下がり壁の形態の区画壁５により区画している。
また、図１に示すように、隣り合うサーバラック群４の間に設定したホットアイルＨＡとその外側のコールドアイルＣＡとの間も必要に応じて区画壁６により区画すると良い。

以上のようにしてサーバ室１内全体に多数のサーバラック群４をモジュール単位で配置したうえで、１モジュールのサーバラック群４に対してアンビエント空調機７が設置され、かつタスク空調機８が設置可能とされている。

本実施形態におけるアンビエント空調機７は、図１〜図２に示すように、各サーバラック群４におけるコールドアイルＣＡに面する位置においてサーバ室１の床面上に配置された１台の壁吹き出し型空調機とされ、このアンビエント空調機７はサーバ室１の壁面の位置から（すなわち二重床１ａを通してではなく床面上から）冷気をその前面側のコールドアイルＣＡに向けて直接供給するようになっている。
なお、そのアンビエント空調機７としての壁吹き出し型空調機は、図示しているようにコールドアイルＣＡに面する位置に設けた空調機室９内に設置してその前面の壁面に設けた通風用のグリルを通して冷気をコールドアイルＣＡに吹き出すように構成すれば良いが、そのような空調機室９を設けることなくアンビエント空調機７をコールドアイルＣＡ内に単に露出状態で配置することでも良い。

また、本実施形態におけるタスク空調機８は、図１〜図３に示すように、コールドアイルＣＡの上部において上記の二重天井１ｂ内に設置される複数台（図示例では５台）の天井ユニット型空調機とされ、各タスク空調機は８はそれぞれ冷気をコールドアイルＣＡに向けて下方に直接供給可能とされている。
なお、タスク空調機８は当初から所要台数の全てを設置することはない。タスク空調機８が運用初期段階では０台という運用も可能である。タスク空調機８はサーバ室１全体の電気容量増や局所高負荷ラック新設などの施設の稼働状況に応じてその時点での実際の負荷を処理するに必要な所望台数を設置しておき、負荷変動に応じて適宜増減可能としておくことでも良い。

本実施形態の空調設備では、アンビエント空調機７としての壁吹き出し型空調機からの冷気が図中の実線矢印で示すようにコールドアイルＣＡに対して直接供給され、その冷気がコールドアイルＣＡから各サーバラック２内を通過し、それにより各サーバラック２に収容されている各サーバを冷却し、それにより昇温した暖気が破線矢印で示すようにサーバラック列３の背面側のホットアイルＨＡに流出し、ホットアイルＨＡから二重天井１ｂ内を経てアンビエント空調機７に環流するように流通し、これによりモジュール単位で各サーバラック群４に対する効率的かつ確実な冷却がなされる。
なお、必要であれば、任意のサーバラック２に対して（あるいは全てのサーバラック２に対して）、冷気をコールドアイルＣＡからサーバラック２内に吸引するためのファンを設置しておくことも考えられる。それにより、１モジュールのサーバラック群４の全体にわたって良好かつ均等な気流分布を確保でき、特にアンビエント空調機７から遠い位置にあるサーバラック２に対しても支障なく冷気を供給し得て確実かつ十分な冷却効果が得られる。

一方、タスク空調機８としての天井ユニット型空調機を設置した場合には、そのタスク空調機８からも、実線矢印で示すようにそれぞれの直下に向けて冷気が直接供給され、その冷気も同様にコールドアイルＣＡから各サーバラック２内を通過し、それにより昇温した暖気が破線矢印で示すように背面側のホットアイルＨＡに流出し、ホットアイルＨＡから二重天井１ｂ内に吸引されてタスク空調機８に環流するように流通し、これによっても各サーバラック２に対する冷却がなされる。

したがって本実施形態の空調設備によれば、以下のような効果が得られる。
・従来一般の空調設備のように床下空調方式とする場合に比べて、床下空間までも冷却する必要はなく、対象とするコールドアイルＣＡを直接的に冷却できることから、冷却効率に優れることはもとより、ファンの所要動力を削減できて省エネルギーを図ることができ、床下配線による空調障害の問題もない。

・従来のように床下空調方式による場合には設備拡張時に既稼働エリアの床下空調環境も変化させてしまい、そのため拡張する都度、既稼働エリアの空調環境の再調整や再確認も必要であるが、本実施形態ではそのような面倒の手間やそのための費用を必要としない。

・各モジュールのサーバラック群４におけるコールドアイルＣＡとそこに設置されるアンビエント空調機７とが１対１で対応するので、サーバの負荷状況に応じてモジュール単位で最適な省エネルギー制御が可能である。
また、特定モジュールのサーバラック群４に対して設置したアンビエント空調機７が故障ないし容量不足となったような場合には、そのモジュール内に設置されているタスク空調機８や、隣接している他のモジュールにおけるアンビエント空調機７によるバックアップが可能であるので、全体として十分な冗長性を有していて信頼性に優れる空調運転が可能である。

・一時的な負荷変動に対してはアンビエント空調機７およびタスク空調機８としての天井カセット型空調機の制御により容易に対応可能であることはもとより、稼働後の将来的な負荷変動や冷房能力変動に対してはタスク空調機８の台数を増減したりその設置位置を適正位置に変更する等により、容易にかつ広範に対応可能である。

・モジュール化設計の手法によるので、モジュール単位での拡張や段階的実装を容易に行うことが可能であり、その時点での負荷に応じた最適な空調システムの構築が可能である。

・コールドアイルＣＡとホットアイルＨＡを区画壁５，６により明確に区画しているので、各モジュールのサーバラック群４に実質的に一方向の気流分布が明確に形成され、それによる効率的な空調運転と十分な省エネルギー効果を得ることができる。

・二重床１ａを空調に利用しないので二重床１ａの所要高さは電気配線ルートを確保するためだけの必要最小限で良く、その分、建物階高を低減できて建設コストの削減を図ることができる。勿論、二重床１ａが不要であれば省略しても良い。

以上で本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、本発明の空調設備における各要素の具体的な構成、たとえば各モジュールのサーバラック群４におけるサーバラック２の台数やその配列の形態、各サーバラック群４に設置するアンビエント空調機７やタスク空調機８の形式や規格、その他の諸元については、対象とするサーバ室１の規模や形態その他の諸条件に応じて、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でにおいて最適設計すれば良いことは言うまでもない。

本発明は、壁吹き出し型空調機からなるアンビエント空調機７と、天井ユニット型空調機からなるタスク空調機８を組み合わせた点が特徴的であるが、一般的にはサーバ室完成時にサーバラックを全数まとめて設置することは無く、必要容量、必要台数を段階的に実装していく。このため、サーバ室の運用開始当初はサーバラックの容量、台数が少ないこともあり得る。この場合には、当初はタスク空調機８を設置しなくともアンビエント空調機７のみでサーバ負荷の冷房を満足することとなるが、そのような条件も本発明の要旨に含んで最適設計すれば良い。

また、本発明の空調設備においては、負荷状況や外気条件によっては外気冷房運転を行うように構成することも好ましく、それによりさらなる省エネルギー効果が得られる。
その場合、基本的には上記のアンビエント空調機７により低温外気を導入してコールドアイルＣＡに給気するとともに、別途設置した排気ファンにより暖気をホットアイルＨＡから排気することによって、サーバラック群４をモジュール単位で換気するように構成すれば良いが、必要に応じて（たとえば冬期において外気温度が低すぎるような場合）暖気の一部を循環させて外気に対して適切な割合でミキシングすることにより、給気温度を適正に調整するような制御を行うことが好ましい。
いずれにしても、外気冷房運転を行う場合には、上記のアンビエント空調機７やタスク空調機８による冷房運転と換気設備による全換気運転や部分換気運転とを最適に組み合わせて、それらの全体を相互に関連づけて制御することにより、各サーバラック２に対する最適かつ最も効率的な冷却運転を行うようにすることが好ましく、そのために必要となる機器と制御システムを備えた空調設備として構成すれば良い。

１ サーバ室
１ａ 二重床
１ｂ 二重天井
２ サーバラック
３ サーバラック列
４ サーバラック群
５ 区画壁
６ 区画壁
７ アンビエント空調機（壁吹き出し型空調機）
８ タスク空調機（天井ユニット型空調機）
９ 空調機室
ＣＡ コールドアイル
ＨＡ ホットアイル

Claims (1)

1. サーバ室内に多数のサーバラックが配列されて設置されるサーバ室を対象とする空調設備であって、
   所定台数のサーバラックがそれぞれ配列された２列のサーバラック列を間隔をおいて対向配置して、それら２列のサーバラック列の間に冷気の給気経路となるコールドアイルを設定するとともに、それら２列のサーバラック列とそれらの間に設定した前記コールドアイルとによる１モジュールのサーバラック群を設定し、
   前記サーバラック群を前記サーバ室内に単一でまたは間隔をおいて複数並設して、該サーバラック群の両側または各サーバラック群の間に前記コールドアイルから前記サーバラックを通過した暖気の還気経路となるホットアイルを設定して、該ホットアイルと前記コールドアイルとの間を区画壁によって区画してなり、
   前記１モジュールのサーバラック群に対してアンビエント空調機を設置するとともにタスク空調機を設置可能とし、前記アンビエント空調機を前記コールドアイルに面する位置において床面上に設置されて冷気を該コールドアイルに対して直接供給する壁吹き出し型空調機とし、前記タスク空調機を前記コールドアイルの上部に設置されて冷気を該コールドアイルの上部から下方に向けて直接供給する天井ユニット型空調機としてなることを特徴とするサーバ室の空調設備。

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