JP2013245888A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】 空調機の近くに配置された吹出しパネルにおける吸込み現象の発生を抑えて、室内空間への冷却空気の供給を十分に行うことのできる床吹出し・天井吸込み方式の空調システム。
【解決手段】 空調機から床下の給気チャンバ（１６）に供給された冷却空気を、床面に沿って配置された複数の吹出しパネル（１）から室内空間へ吹き出す床吹出し・天井吸込み方式の空調システムにおいて、吹出しパネルの直下に位置する所定の高さ空間において冷却空気の流速を抑えるように制御する整流部材（３）を備えている。吹出しパネルは矩形状の外形を有し、整流部材は、矩形状の吹出しパネルの各辺に対応する位置から所定距離だけ垂下した４つの面を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、空調システムに関する。さらに詳細には、本発明は、床吹出し・天井吸込み方式の空調システムに関するものである。

例えば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、いわゆる床吹出し・天井吸込み方式の空調システムが知られている。

具体的に、床吹出し・天井吸込み方式の空調システムでは、開口部を有する吹出しパネルが、床面に沿って分散配置されている。そして、空調機から床下の給気チャンバに供給された冷却空気が吹出しパネルから室内空間へ吹き出され、サーバーの排熱によりホットアイルに形成された高温空気が天井吸込口から吸い込まれる。

しかしながら、従来の構成では、空調機の近くに配置された吹出しパネルの直下を流れる冷却空気の速度が大きくなり過ぎて、この吹出しパネルにおいて室内空間から給気チャンバへの吸込み現象が発生することがあった。この場合、吹出しパネルにおける吸込み現象により、室内空間への冷却空気の供給を十分に行うことができないという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、空調機の近くに配置された吹出しパネルにおける吸込み現象の発生を抑えて、室内空間への冷却空気の供給を十分に行うことのできる床吹出し・天井吸込み方式の空調システム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、本発明では、空調機から床下の給気チャンバに供給された冷却空気を、床面に沿って配置された複数の吹出しパネルから室内空間へ吹き出す床吹出し・天井吸込み方式の空調システムにおいて、
前記吹出しパネルの直下に位置する所定の高さ空間において冷却空気の流速を抑えるように制御する整流部材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。

本発明では、整流部材の作用により吹出しパネルの直下に位置する所定の高さ空間において冷却空気の流速を抑えるように構成されているので、空調機の近くに配置された吹出しパネルにおける吸込み現象の発生を抑えて、室内空間への冷却空気の供給を十分に行うことができる。

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断面図である。 本実施形態にかかる空調システムの特徴的な要部構成を概略的に示す断面図である。 吹出しパネルの構成を概略的に示す斜視図である。 整流部材の構成を概略的に示す斜視図である。 従来構成における不都合を説明する図である。 本実施形態における整流部材の作用を説明する図である。

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断面図である。本実施形態の空調システムが例示的に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供給する空間である。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、床吹出し・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、サーバー室の床面１４と床スラブ１５との間の給気チャンバ１６へ冷却空気が供給される。床下の給気チャンバ１６へ供給された冷却空気は、床面１４に沿って分散配置された吹出しパネル（図１では不図示）の開口部を介して室内空間へ吹き出され、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の上方において天井面１７に設けられた天井吸込口（不図示）へ流入する。天井吸込口に吸い込まれた空気は、還気チャンバ（不図示）を介して空調機へ還流する。

床吹出し・天井吸込み方式の空調システムでは、図２に示すように、多数の小さい開口部を有する吹出しパネル１が、床面に沿って点在するように分散配置されている。図２では、典型的な例として、１つの吹出しパネル１が、開口部を有しない一対の床パネル２によって挟まれるように配置されている様子が示されている。

吹出しパネル１および床パネル２は、例えば矩形状の外形を有する金属製のパネルであって、互いに同じ規格化されたサイズを有する。吹出しパネル１および床パネル２は、図示を省略した床フレームによって支持されている。具体的に、吹出しパネル１は、図３に示すように、そのほぼ全面に亘って所定の分布（例えば均一な分布）にしたがって形成された小さな開口部１ａを有する。

再び図２を参照すると、吹出しパネル１の下側には、給気チャンバ１６へ供給された冷却空気の流れを制御する整流部材３が取り付けられている。整流部材３では、図４に示すように、互いに同じ高さ寸法を有する４つの矩形状のプレート部材３ａが、上から見て吹出しパネル１の外形の矩形を形成するように配置されている。矩形状の枠部材を構成する４つのプレート部材３ａは、例えば上から見て十字状に配置された補助部材３ｂにより補強されている。

このように、整流部材３は、矩形状の吹出しパネル１の各辺に対応する位置から所定距離（プレート部材３ａの高さ寸法に対応する距離）だけ垂下した４つの面（プレート部材３ａの外側面）を有する。すなわち、プレート部材３ａの水平方向の寸法は、吹出しパネル１の対応する一辺の寸法とほぼ一致している。一例として、整流部材３を、吹出しパネル１および床パネル２と同じ金属により形成することができる。

整流部材３が設けられていない従来の構成では、室内空間への冷却空気の供給を十分に行うために空調機から供給される冷却空気の速度をある程度大きく設定すると、空調機の近くに配置された吹出しパネル１の直下を流れる冷却空気の速度が大きくなり過ぎる。すなわち、従来の構成では、図５に示すように、吹出しパネル１の下面からなる境界面５１での冷却空気の流速Ｖ₀が大きくなり過ぎる。その結果、この吹出しパネル１において室内空間から給気チャンバ１６への吸込み現象が発生し、室内空間への冷却空気の供給を十分に行うことができない。

これに対し、本実施形態では、吹出しパネル１の下側に取り付けられた整流部材３の作用により冷却空気の流れが遮られ、ひいては吹出しパネル１の直下に位置する所定の高さ空間（すなわち吹出しパネル１と４つのプレート部材３ａとにより包囲される直方体状の空間）において冷却空気の流速が抑えられている。すなわち、本実施形態では、図６に示すように、邪魔板として機能する整流部材３のプレート部材３ａの作用により、冷却空気の流れに乱れ（渦）が発生し、整流部材３の下側面からなる境界面５２での冷却空気の流速Ｖ₁が、従来構成における境界面５１での冷却空気の流速Ｖ₀に比して十分小さく抑えられる。

その結果、吹出しパネル１の直下の空間における圧力環境は、室内空間から給気チャンバ１６への吸込み現象の原因となる動圧状態（冷却空気の流れが恒常的に発生している状態）から、ほぼ静圧状態（冷却空気の流れがほとんど発生していない状態）に変化する。このように、本実施形態の空調システムでは、整流部材３の作用により吹出しパネル１の直下に位置する所定の高さ空間において冷却空気の流速が抑えられるように構成されているので、空調機の近くに配置された吹出しパネル１における吸込み現象の発生を防いで、室内空間への冷却空気の供給を十分に行うことができる。

また、整流部材３の作用により吹出しパネル１の直下の空間の全圧がほぼ床下の静圧に近くなるので、空調機の近くに配置された吹出しパネル１からの冷却空気の吹出し量と、空調機から離れて配置された吹出しパネル１からの冷却空気の吹出し量との差が小さくなる。その結果、複数の吹出しパネル１における冷却空気の吹出し量のアンバランスを抑え、室内空間の全体に亘ってほぼ均等な冷却効果を得ることができる。

なお、上述の実施形態では、図４に示す特定の構成を有する整流部材３を備えた空調システムを例にとって、本発明の構成および作用を説明している。しかしながら、これに限定されることなく、整流部材の具体的な構成については様々な変形例が可能である。例えば、図４に示す構成では、４つのプレート部材３ａにより包囲された空間を補助部材３ｂにより４分割しているが、これに限定されることなく、４分割以外の複数分割（２分割、６分割、９分割など）を採用しても良い。あるいは、補助部材を用いることなく、４つのプレート部材３ａにより包囲された空間を分割しない構成であっても良い。整流部材において重要なことは、吹出しパネルの直下に位置する所定の高さ空間において冷却空気の流速を抑えるように制御することである。

また、上述の実施形態では、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床吹出し・天井吸込み方式の空調システムに対して、本発明を適用している。しかしながら、ホットアイル・コールドアイル方式やサーバー室に限定されることなく、一般に、空調機から床下の給気チャンバに供給された冷却空気を、床面に沿って配置された複数の吹出しパネルから室内空間へ吹き出す床吹出し・天井吸込み方式の空調システムに対して、本発明を適用することができる。

１ 吹出しパネル
１ａ 開口部
２ 床パネル
３ 整流部材
３ａ プレート部材
３ｂ 補助部材
１１ａ，１１ｂ サーバーラック
１２ ホットアイル
１３ コールドアイル
１４ 床面
１５ 床スラブ
１６ 給気チャンバ
１７ 天井面

Claims (3)

1. 空調機から床下の給気チャンバに供給された冷却空気を、床面に沿って配置された複数の吹出しパネルから室内空間へ吹き出す床吹出し・天井吸込み方式の空調システムにおいて、
   前記吹出しパネルの直下に位置する所定の高さ空間において冷却空気の流速を抑えるように制御する整流部材を備えていることを特徴とする空調システム。
2. 前記吹出しパネルは矩形状の外形を有し、
   前記整流部材は、前記矩形状の吹出しパネルの各辺に対応する位置から所定距離だけ垂下した４つの面を有することを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記整流部材は、前記矩形状の吹出しパネルの各辺に対応する一辺と前記所定距離に対応する一辺とにより規定される４つの矩形状のプレート部材を有することを特徴とする請求項２に記載の空調システム。

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