JP2014156981A - 情報通信機械室の空調システム - Google Patents

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【課題】複数のサーバラック列によりコールドアイルとホットアイルとが形成される情報通信機械室に好適な空調システムを提供する。
【解決手段】ラック列3aのコールドアイル部8b側上部及び両端部交互には、それぞれ天井パネル7eに至る境界面仕切壁6a、6b、6cが取り付けられており、コールドアイル部8bとホットアイル部9bとを区画分離して、両アイル間の空気流通を実質的に遮断するように構成されている。両アイルの区画分離により、複数のコールドアイル部8bと共有部8aとによりコールドゾーン8が、ホットアイル部9bと共有部9aとによりホットゾーン9が、それぞれ形成される。
【選択図】図1(a)

Description

本発明は、複数のサーバラック列によりコールドアイルとホットアイルとが形成される情報通信機械室に好適な空調システムに関する。
情報通信機械室(データセンタ)において、ICT機器・装置類(以下、ICT機器と総称)を収容するサーバラックは、前面から冷気を吸込み、内部の発熱部位(CPUやHDD等)を冷却して、上面又は背面から排気するタイプが多く、各ラックは同方向を向けて横一列に配置される。機械室内にはこのようなラック列が、隣接する列の吸気面と吸気面、排気面と排気面とを対向させて、複数列配置される。ここに、吸気面に挟まれた通路は二重床から冷気が供給されていることから、コールドアイルと呼ばれる。同様に、排気面に挟まれた通路はラックからの排気で温度が上がるため、ホットアイルと呼ばれる。
このようなサーバラックの配置に対応して、機械室空調システムは、機械室全体を冷却する全体空調機(アンビエント空調機)と、ラック列内に局所空調機(タスク空調機)を配置して、ホットアイルの高温空気を吸気し、コールドアイルに空調機で冷却した低温空気を供給する構造としている。
この場合、排気がホットアイル側からコールドアイル側に回り込むと冷却効率低下を招くため、回り込みを低減する工夫(例えば、特許文献1)や、コールドアイルの上方に空調機を設置し、コールドアイルに直接、冷気を供給する技術(例えば、特許文献2)、ラック列間に構成される空間を閉鎖空間とし、その上部に局所空調機を設ける技術(例えば、特許文献3)等、種々提案されている。
さらに、コールドアイル又はホットアイルの一方を囲って、両アイルを物理的に分離することにより給排気の混在を防ぎ、空調効率改善や適切な温熱環境を維持する技術も実用化されている(例えば、特許文献4)。
特開2004−184070号公報 特開2003−166729号公報 特開2002−156136号公報 特開2012−172853号公報
アンビエント空調機とタスク空調機を用いて、上述のアイル分離方式を採用する場合、アイル単位で冷気供給の信頼性を確保するためには、タスク空調機に冗長性を持たせる必要がある。そのため多くの予備空調機の配置を要し、設置コストの増加が課題となる。
さらに、二重床空調によるアイル分離方式を採用した場合、各アイルは実際には床内で連通する空間であるにも関わらず、消防上の理由からそれぞれ独立した空間と見なされ、アイル単位に消防設備の設置が必要となるケースが生じる。この場合の設備コストの増加により、空調効率改善による省エネ効果が相殺されるという問題もある。
本発明は、上記課題を解決するためのものであって、タスク空調機の冗長性を適切に抑制可能な機械室空調システムを提供するものである。
本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、本発明に係る情報通信機械室の空調システムは、
(1)複数のサーバラック列により、複数のコールドアイルと複数のホットアイルとが形成される情報通信機械室を、複数の空調機により冷却する空調システムであって、
該機械室内を、
複数のコールドアイル部(8a)及びこれと連通する共有部(8b)の集合空間であるコールドゾーン(8)と、
複数のホットアイル部(9a)及びこれと連通する共有部(9b)の集合空間であるホットゾーン(9)と、に区画し、かつ、
両ゾーン間の空気流通を実質的に遮断するように構成した、
ことを特徴とする。
本発明は、機械室空間をアイル単位に分離するのではなく、室全体をコールドアイルの集合空間である「コールドゾーン」と、ホットアイルの集合空間である「ホットゾーン」の二つに区画分離し、両ゾーン間の空気流通を実質的に遮断したことを特徴とする。
空調機(アンビエント空調機、タスク空調機)の配置も、コールドゾーン・ホットゾーンの特性に合わせた配置とすることができる。また、空調機の吹き出し位置についても、床下、床上など冷却対象(ICT装置)に合わせて、フレキシブルに対応することができる。
(2)上記発明において、前記空調機は、冷気をコールドアイル部(8a)に吹き出すように構成したことを特徴とする。
(3)上記各発明において、前記空調機は、室内全体を冷却するアンビエント空調機と、サーバラック列内に配設されるタスク空調機と、により構成されることを特徴とする。
(4)上記(3)の発明において、前記アンビエント空調機を、前記コールドゾーン(8)と前記ホットゾーン(9)との境界面に配置し、かつ、冷気を前記コールドアイル部(8a)に吹き出すように構成した、ことを特徴とする。
(5)上記(3)の発明において、前記タスク空調機を、前記コールドゾーン(8)と前記ホットゾーン(9)との境界面に配置し、かつ、冷気を前記コールドアイル部(8a)に吹き出すように構成した、ことを特徴とする。
上記各発明によれば、アイルの統合化により空調機の冗長構成を合理化し、かつ、信頼性を担保した高品質な空調システムの構築が可能となる。特に、アイル単位で予備機が必要な従来システムと比較して、予備機総台数を減らすことができ、コストダウンに資する。
また、給排気分離については従来のアイルキャッピングと同様、コールドゾーンにおける温度分布が均一になり、空調効率改善、省エネを実現できるという効果がある。
また、従来必要とされたアイル単位での火災報知器や消火設備の設置が不要になり、最低二箇所(コールドゾーン、ホットゾーン)の設置で足りるため、コストダウンを図ることができる。
また、空調機からの冷気をコールドアイル床上に吹き出す構成の発明にあっては、床下を空調気流スペースとして用いることとなく、ケーブル敷設専用スペースとすることができる。これにより、ケーブルの過剰積層による気流阻害がなくなり、空調効率の改善を図ることができる。
さらに、空調機から床上に吹き出される気流は、二次元的なシンプルな流路構成となり、二重床空調方式の場合の床下で受ける抵抗(圧損)が低減するため、空調機のファン動力の低減を図ることができる。
第一の実施形態に係る情報通信機械室の空調システム1の全体構成(平面)を示す図である。 空調システム1のコールドゾーン8及びホットゾーン9の区画態様を示す図である。 図1(b)のA−A’断面矢視図である。 図1(b)のB−B’断面矢視図である。 空調システム1における冷気、排気の流れを模式的に示す図である。 空調システム1の境界面仕切壁の構成を一部変更した空調システム1’の断面構成を示す図である。 図1(f)のC−C’断面矢視図である。 第二の実施形態に係る情報通信機械室の空調システム20の全体構成(平面)を示す図である。 第三の実施形態に係る情報通信機械室の空調システム30の全体構成(平面)を示す図である。 従来の機械室空調システムにおける冷気、排気の流れを模式的に示す図である。
以下、本発明に係る空調機制御方法の各実施形態について、図1乃至3を参照してさらに詳細に説明する。重複説明を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
<第一の実施形態>
図1(a)乃至1(d)を参照して、本実施形態に係る空調システム1は、情報通信機械室7内に収容される複数のサーバラック3を、アンビエント空調機5及びタスク空調機5により冷却するものである。アンビエント空調機5は、蒸発器5b及び送風ファン5cを備えた室内ユニット5aと、不図示の室外ユニットにより構成され、後述するコールドゾーン8の共有部8aに配置されている。
機械室7内部は、床面7d及び天井パネル7eにより3つの空間に区画されており、床面7dの下部には二重床下空間7cが、天井パネル7eの上部には天井空間7bが形成されている。空調機5の室内ユニット5aと天井空間7bとは、戻り側ダクト7hを介して結ばれている。
二重床下空間7c内には各サーバ、PDU、空調機に電力供給する電源・通信等ケーブル7fが敷設されている。
サーバラック3は同一モジュールで構成されており、これを横一列に並べることによりラック列3aが形成されている。サーバラック3の各段には、ラックマウントサーバ(以下、サーバ)3bが格納されている。各サーバが備える冷却ファン(図示せず)により前面側から吸気される冷気は、サーバ3bの発生熱と熱交換して暖気となり、空気とともに背面側に排気される。各サーバのこのような給排気作用により、サーバラック3全体として、前面側から冷気を吸込み背面側から排気するように構成されている。
さらに、ラック列3aを構成する各サーバラックは、隣接する列の吸気面と吸気面、排気面と排気面が対向するように配置されており、これにより吸気側通路のコールドアイル部8bと、排気側通路のホットアイル部9bが形成されている。
タスク空調機4は、ラック列3aを構成する各サーバラック3と同一モジュールに形成され、高発熱サーバラックの近傍に配設されている。
図1(a)乃至1(d)を参照して、ラック列3aのコールドアイル部8b側上部及び両端部交互には、それぞれ天井パネル7eに至る境界面仕切壁6a、6b、6cが取り付けられており、コールドアイル部8bとホットアイル部9bとを区画分離して、両アイル間の空気流通を実質的に遮断するように構成されている。両アイルの区画分離により、複数のコールドアイル部8bと共有部8aとによりコールドゾーン8が、ホットアイル部9bと共有部9aとによりホットゾーン9が、それぞれ形成されている。
以上の構成により、空調システム1におけるアンビエント空調機5及びタスク空調機4による室内冷却は以下の通り行われる。
アンビエント空調機5については、室内ユニット4aに導入される室内空気を、蒸発器4eにおいて熱交換して冷気とし、送風ファン4cにより冷気を床面に沿ってコールドゾーン8に供給する。各サーバラック3に吸込まれた冷気は、各サーバ3bを冷却して高温排気となり、ホットゾーン9に排出される。排気はホットゾーン9内を上昇して、天井パネル7eに設けられた吸込口7gを介して天井空間7bに導かれ、戻り側ダクト7hを通過して空調機5に戻される。
一方、タスク空調機4については、ホットゾーン9内の高温排気の一部を直接吸い込んで、蒸発器5eで熱交換して冷気とし、送風ファン5cによりコールドゾーン8に吹き出す。供給冷気は、アンビエント空調機5からの冷気と混合されて、各サーバラックに吸込まれる。以上のような冷気・排気循環により、各サーバラックの冷却が行われる。
以上の冷却過程において、上述のように両ゾーン間の空気流通が遮断されており、冷気と高温排気の混合が生じないため、床面に沿って供給されるアンビエント空調機5及びタスク空調機4から供給される冷気は、全てコールドゾーン8に供給されるため、冷気供給効率が向上する。
図1(e)、図4は、本発明と従来技術との気流抵抗の比較を模式的に示した図である。同図に示すように、アンビエント空調機5から床上に吹き出された冷気Aは、ラック3前面に吸い込まれる際(a)、ラック3背面から排出される際(b)、
吸込口7gに導かれる際(c)、空調機5のダクト7h通過時(d)に、それぞれ気流方向を90度変えることになる。
これに対して図1(e)を参照して、従来の2重床吹き出し空調方式では、上記(a)〜(d)に加えて、さらに空調機から2重床吹き出し時(a0)及び2重床空間からコールドアイルへの吹き出し時(a1)に余分に方向変更を要する。
その分、本方式では通過抵抗を減少させることができるため、搬送動力の減少が可能となる。
なお、本実施形態において(以下の実施形態についても同様)、境界面仕切壁は必ずしも板材質のものを用いる必要はなく、例えば樹脂材質の透明シート等を用いることもできる。
さらに本実施形態の変形態様として、上述の空調システム1と境界面仕切壁の配置を変更した空調システム1’(図1(f)、図1(g)参照)とすることもできる。すなわち、空調システム1の境界面仕切壁6aが、天井パネル7eに達するように設置されているのに対して、空調システム1’の境界面仕切壁6dは、対向するサーバラック3の最上部間を架橋するように設置されている。これにより、コールドアイル部8cとホットアイル部9bとが区画分離され、さらに、複数のコールドアイル部8cと共有部8aとによりコールドゾーン8が、ホットアイル部9bと共有部9aとによりホットゾーン9が、それぞれ形成される。このような構成により、設置コストの低減を図ることができる。また、コールドアイル部8cの空間容積を小さくすることができ、冷気供給効率の更なる向上が可能となる。
<第二の実施形態>
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図2を参照して、本実施形態に係る空調システム20が上述の空調システム1と異なる点は、アンビエント空調機の配置位置である。すなわち、空調システム1のアンビエント空調機5がコールドアイル部8bの共有部に設置されているのに対して、本実施形態のアンビエント空調機31はコールドアイル部8bの最奥端部設置されており、境界面仕切壁の一部を構成していることである。その他の構成については、境界面仕切壁2bがラック列3aの片側端部には上下交互に取り付けられている点を含め空調システム1と同様である。
本実施形態によればコールドアイル部8bの空間容積を第一の実施形態と比較してさらに小さくすることができ、冷気供給効率の更なる向上を図ることができる。
また、ICT装置からの高温排気をアンビエント空調機へ戻すまでのダクト等の経路が不要となり、上述の実施形態と比べて構築コストのさらなる低減が可能となる。さらに、主幹通路の空調機スペースが低減でき、その分、ICT装置の設置スペースを増やすことができる。
<第三の実施形態>
さらに、本発明の他の実施形態について説明する。図3を参照して、本実施形態に係る空調システム30が上述の空調システム1と異なる点は、タスク空調機の配置位置である。すなわち、空調システム1ではタスク空調機4はラック列内に配置されているのに対して、本実施形態のタスク空調機31は各コールドアイル部8bの最奥端部に設置されていることである。アンビエント空調機5の配置位置を含め、その他の構成については空調システム1と同様であるので、重複説明を省略する。
一般に、タスク空調機はICT装置の直近で空調することを目的に作られているため、アンビエント空調機と比較して、より高温の排気に対して空調機の能力低下を起こすことなく冷却が可能であり、より高発熱のICT装置を適正に冷却可能である。
しかしながら、列内のみにタスク空調機を設置した場合、列毎にICT装置の発熱量が異なるためホットゾーン内で温度分布が生じ、各タスク空調機の運転負荷に定常的な差異が生じ、故障頻度が増加するおそれがある。
ゾーンの共通部分である最奥端部にタスク空調機を設置することにより、各空調機の運転状態の平準化が図られ、冗長性担保に資するという効果がある。。
さらに、列内タスク空調機のいずれかに故障等が発生した場合に、ゾーンの共通部分にタスク空調機が存在することにより、列毎の冷却障害を緩和できるという効果もある。
本発明は、熱源、冷媒、空調方式、建築構造等の種類を問わず情報通信機械室における空調制御に広く適用可能である。
1,1’,20、30・・・・空調システム
3・・・・サーバラック
3a・・・・ラック列
3b・・・・サーバ
4・・・・タスク空調機
5・・・・アンビエント空調機
6a、6b、6c、6d、21・・・・境界面仕切壁
7・・・・情報通信機械室
8・・・・コールドゾーン
8b、8c・・・・コールドアイル部
9・・・・ホットゾーン
9b・・・・ホットアイル部

Claims (5)

  1. 複数のサーバラック列により、複数のコールドアイルと複数のホットアイルとが形成される情報通信機械室を、複数の空調機により冷却する空調システムであって、
    該機械室内を、
    複数のコールドアイル部(8a)及びこれと連通する共有部(8b)の集合空間であるコールドゾーン(8)と、
    複数のホットアイル部(9a)及びこれと連通する共有部(9b)の集合空間であるホットゾーン(9)と、に区画し、かつ、
    両ゾーン間の空気流通を実質的に遮断するように構成した、
    ことを特徴とする情報通信機械室の空調システム
  2. 前記空調機は、冷気をコールドアイル部(8a)に吹き出すように構成したことを特徴とする請求項1に記載の情報通信機械室の空調システム。
  3. 前記空調機は、室内全体を冷却するアンビエント空調機と、サーバラック列内に配設されるタスク空調機と、により構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の情報通信機械室の空調システム。
  4. 前記アンビエント空調機を、前記コールドゾーン(8)と前記ホットゾーン(9)との境界面に配置し、かつ、冷気を前記コールドアイル部(8a)に吹き出すように構成した、ことを特徴とする請求項3に記載の情報通信機械室の空調システム。
  5. 前記タスク空調機を、前記コールドゾーン(8)と前記ホットゾーン(9)との境界面に配置し、かつ、冷気を前記コールドアイル部(8a)に吹き出すように構成した、ことを特徴とする請求項3に記載の情報通信機械室の空調システム。
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