JP2014167385A - サーバ室の空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】システム構築コストを抑えつつ、冷却空気と熱気との混合を抑えることで空調効率を向上させる。
【解決手段】サーバラック１０ａ〜１０ｄの背面１ｃ側に設けられ、サーバラック１１の熱気を排出させる排気ファン１２と、コールドアイルに接した天井４３に設けられ、空気調和装置２０から給気される冷却空気をコールドアイルに接した床４１面に向けて吹き出す複数の天井吹出口２２と、天井裏に設けられ、空気調和装置２０からの冷却空気を複数の天井吹出口２２夫々に給気させる給気ダクト２１と、ホットアイルに接した天井４３に設けられ、サーバラック群１０ａ〜１０ｄの熱気を吸い込む複数の天井吸込口２３と、天井裏に設けられ、複数の天井吸込口２２より夫々吸い込まれた熱気を空気調和装置２０に還気させる還気ダクト２４と、を有する。若しくは、天井吸込口２３及び還気ダクト２４を設けず天井下面を利用して還気する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーバ室の空調システムに関する。

近年、インターネットやＩＴシステムの普及を背景として、大規模なサーバ室を持つｉＤＣ（インターネットデータセンター）の需要が増加しているが、サーバ室では発熱量の大きなサーバ等の機器を多数運用しており、効果的に熱気を排出しなければ機器の安定動作の確保が困難という問題が顕著となっている。特に、サーバの実装方式として、ラックマウント方式に代わり、ブレードサーバや１Ｕ（ユニット）サーバと呼ばれる高密度実装方式が採用され始めており、複数のサーバを実装するラックあたりの発熱量は急激に増加傾向にある。そこで、サーバ室の空調システムに対し、空調効率の更なる向上が要請されており、例えば特許文献１乃至４の技術が提案されている。

まず、特許文献１に開示される電算機室用空調システムは、図７に示すようなシステム構成を具備している。尚、図７（ａ）は電算機室用空調システムの平面図を示しており、図７（ｂ）は電算機室用空調システムの立面図を示している。同図に示す電算機室用空調システムのシステム構成の概要を説明すると、通路４を挟んだ両側に、前面３ｂから冷却空気を吸い込んで上面３ａ又は背面３ｃから熱気を排出する二列のラック群（２ａ、２ｂ）及び（２ｃ、２ｄ）が設置されている。また、ラック群２ａ〜２ｄの短手方向と平行な両側面３ｄ、３ｅのうち一方の側面３ｄと対向する室内の壁面側に空気調和装置６が設置されており、床下空間５をあたかも冷却空気の給気ダクトとして用いている。さらに、通路４の床面には冷却空気を床下から床上に吹き出す床吹出口７（孔あきパネル）が設置されている。また、ラック群２ａ〜２ｄの上面３ａ又は背面３ｃからの熱気を空気調和装置６に誘導させるガイド部（不図示）を備えている。

なお、ラック群２ａ〜２ｄの熱気を集めた空間は「ホットアイル（hot aisle; 高温領域）」と呼ばれており、逆に、空気調和装置６が吹き出した冷却空気を集めた空間は「コールドアイル（cold aisle;低温領域）」と呼ばれている。ラック群２ａ〜２ｄの各ラックに実装されるサーバやその周辺機器（ルータ等）は、一般的に前面から冷却空気を吸い込んでＣＰＵ等の部品を冷却した後、上面又は背面から熱気を排出するような構造となっている。そこで、サーバ室では、一般的に、両側のラック群２ａ〜２ｄの前面３ｂ同士を向かい合わせた空間をコールドアイルとし、ラック群２ａ〜２ｄの背面３ｃ同士を向かい合わせた空間をホットアイルとするコールドアイル・ホットアイル方式が採用されている。

上記のシステム構成によれば、空気調和装置６から供給された冷却空気は、床下空間５を流動して床吹出口７から通路４の床上、つまり、コールドアイルに吹き出され、ラック群２ａ〜２ｄの各ラックに実装された機器を冷却した後、ホットアイルを介してラック群２ａ〜２ｄの上方の空間を流動して空気調和装置６に誘導されることになる。この結果、コールドアイルとホットアイルの各気流が分離され、ラック群２ａ〜２ｄの背面３ｃからの熱気を冷却空気と混合させないように空気調和機６に誘導させることが可能となり、空調効率を向上させることができる、とされている。

つぎに、特許文献２に開示される室内換気システムでは、実験動物を飼育する動物飼育室内の両側にラックが配置されており、両側のラックの間に形成された給気側空間の天井面の中央に清浄な空気を吹き出す吹出口が設けられている。また、両側のラック夫々の背面とこれに対向する壁面との間に形成された排気側空間の側壁面に、室内空気を吸い込んで外部に排気する吸込口が設けられている。そして、吹出口から吹き出される清浄な空気の風速の調整や、室内の側壁面の下方に位置していた吸込口をラックの最上段の棚板と上から２段目の棚板との高さに配置する調整等を行うことで、ラックの各段の気流分布を均一化して換気効率を高めることができる、とされている。

つぎに、特許文献３、４に開示される通信・情報処理機器室等の空調システムでは、機器室が二重床構造を有しており、特許文献１に示された空気調和装置６に相当するパッケージエアコンが設置されている。また、パッケージエアコンの他に、ラック列間に形成される通路空間部の上方に、例えば天井から吊り下げる等のラック列とは構造的に分離した形で、局所冷却装置が設けられている。上記のシステム構成により、パッケージエアコンから吹き出された冷却空気は、二重床構造の床下チャンバを通過してラックの底面からラック内部に導入される。また、各ラックの背面からの熱気はラック上部の送風機によってラック上方に排出され、局所冷却装置に吸い込まれて冷却処理が施される。局所冷却装置によって冷却処理された冷却空気は、各通路空間部の床上に吹き出され、ラックの前面からラック内部に誘導される。この結果、床下チャンバ内の配線数の増加によりパッケージエアコンからの均一な風速が維持できなくなり局所的に高熱領域が生じる場合でも、局所冷却装置によって局所的な対応が可能になる、とされている。

特開２００６−６４３０３号公報 特許第２７０２２３４号公報 特許第３８４２６３１号公報 特開２００２−１５６１３６号公報

ところで、特許文献１に開示される電算機室用空調システムでは、本出願人が、非等温型ＳＧＳモデルによる非等温場における乱流効果と温度差による浮力効果を考慮しつつ所定の変数（床面積（ｍ２）、床吹き出し温度（℃）、床吹出口の数、空調風量（ＣＭＨ）、発熱量（ｋＷ）、ラック寸法（Ｗ×Ｄ×Ｈ）、ラックの風量（ＣＭＨ）等）をもとに熱気流シミュレーションを実施したところ、図７に示す空気調和装置６の配置数や、ラック群２ａ〜２ｄを構成する各ラックから空気調和装置６までの距離によって、ショートサーキット現象に伴う熱だまりが発生することを確認することができた。以下では、この熱だまりが発生することを、従来の電算機室用空調システムのシステム構成を示した図８を用いて説明する。尚、図８は、図７に示したシステム構成において１行４列のラック群２ａ〜２ｄを２行４列のラック群２ａ〜２ｈとした場合のシステム構成を示した図である。

ラック群２ａ〜２ｄの短手方向に平行な側面３ｄ、３ｅのうち一方側に空気調和装置６を配置した場合、ラック群２ａ〜２ｈを構成する各ラックから空気調和装置６までの距離が遠くなるに従って、ラック群２ａ〜２ｈの上面３ａ側（天井側）の気流がコールドアイルの方に引き込まれる傾向が顕著となる。そして、この影響によって空気調和装置６から遠い箇所、特にラック群２ａ〜２ｈの端部では気流がよどんだ領域（以下、よどみ領域）が発生することが分かった。また、よどみ領域では、ホットアイルの熱気がラック群２ａ〜２ｈの前面３ｂ側のコールドアイルに回り込んで冷却空気と混合するショートサーキット現象が発生しており、このため、空気調和装置６から遠距離に位置するコールドアイルに高温領域（熱だまり）が発生することが分かった。

例えば、図８中において、空気調和装置６から近距離にあるラック群２ａ〜２ｄの他方の側面３ｅと、空気調和装置６から遠距離にあるラック群２ｅ〜２ｈの一方の側面３ｄとの間の領域と、ラック群２ｅ〜２ｈの他方の側面３ｅとそれらに対向する壁面との間の領域とが、上記のよどみ領域となっている。また、空気調和装置６から遠距離にあるラック群２ｅの背面３ｃから空気調和装置６から近距離にあるラック群２ａの背面３ｃに沿って熱気の偏流が発生しており、ラック群２ｅの側面３ｄとラック群２ａの側面３ｅとが向かい合う領域（よどみ領域）では、ラック群２ｅの背面３ｃから排出される熱気が上記の偏流に妨げられてラック群２ｅの前面３ｂに回り込み、また、ラック群２ａの背面３ｃから排出される熱気が上記の偏流に妨げられてラック群２ａの前面３ｂに回り込んでいる。

また、特許文献１の電算機室は、ラック群２ａ〜２ｈに実装されるサーバ等の機器の配線用の空間を床下に設けるために二重床（フリーアクセス床）を具備しており、この配線が収容された二重床の床下空間５に空気調和装置６からの冷却空気を給気させることを前提としている。このため、ラック群２ａ〜２ｈに実装されるサーバ数が変更すると、配線数の変更に伴って床下空間５の流路抵抗が変化してしまい、ラック群２ａ〜２ｈの各ラックに所定の風速で冷却空気を送り込むことが困難となる。この結果、上記のよどみ領域の発生並びにショートサーキット現象がより顕著となる。

例えば、通路４の床面にある床吹出口７からの冷却空気の風速が所定の風速よりも速くなる場合、図９（ａ）に示すように、冷却空気がラック群２ａ〜２ｈの冷却に使用される気流の他に、空気調和装置６に直接戻る気流が顕著に形成される。また、床吹出口７からの冷却空気の風速が所定の風速よりも遅くなる場合、図９（ｂ）に示すように、冷却空気の一部がラック群２ａ〜２ｈの上部側の冷却に使用されず、このため、ラック群２ａ〜２ｈの上部側で熱気が循環する気流（ショートサーキット現象）が形成される。また、床下空間５の流路抵抗によって、空気調和装置６からの距離が遠くなるに従って、各床吹出口７から吹き出される冷却空気の風速が均一にならない現象も生じてくる。

また、特許文献２に開示される室内換気システムでは、あくまで動物飼育室内の換気を目的としており、ラック内にはファン等の強制換気装置が設けないシステムを対象としている。このため、上記のとおり、ラックの各段の気流分布を均一にするための工夫として、吹出口の風速や吸込口の位置の煩雑な調整が必要であった。

さらに、特許文献２には従来技術として、給気側作業空間とラックとの間に遮蔽板（間仕切り板）を設け、ラック各段を通過した空気が再び給気側作業空間に流れないようにすることで、換気効率を向上させる技術が開示されている。例えば、図１０（ａ）に示すように、コールドアイルを形成するラック群２ａ、２ｂ並びに２ｃ、２ｄの上面３ａ側を遮蔽板９ａにより遮蔽する場合や、図１０（ｂ）に示すように、ラック群２ａ〜２ｄと天井面との間をそれぞれ遮蔽板９ｂにより遮蔽する場合が挙げられる。しかしながら、図１０（ａ）、（ｂ）のように、遮蔽板９ａ、９ｂによって排気の回り込みを回避する場合には閉鎖空間が形成されるため、防災の関係上、スプリンクラーやガス消火設備を別途設ける必要が生じうる。また、ラック群２ａ〜２ｄの高さが不均一である場合、遮蔽板９ａ、９ｂにより一律で完全な遮蔽が困難になり、ショートサーキット現象の一要因となる隙間が生じ易くなる虞がある。

また、特許文献３、４に開示される通信・情報処理機器室等の空調システムでは、通常の全顕熱処理型のパッケージエアコンの他に、通路空間部に面したラックの発熱密度の大きさに応じた台数の局所冷却装置を設ける必要があり、さらに個々の局所冷却装置にはセンサ、コントローラ、電源を具備する必要があるため、システム全体の構築コストが高くなるという問題がある。また、個々の局所冷却装置は相互間の協調制御のみならず、パッケージエアコンとも協調した空調制御を行う必要があるため、システム全体として複雑な空調制御が必要となる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、システム構築コストを抑えつつ、冷却空気と熱気との混合を抑えることで空調効率を向上させたサーバ室の空調システムを提供することである。

前記課題を解決するための主たる本発明は、前面より供給された冷却空気を背面より排気するサーバが夫々収容される複数のサーバラックの前面及び背面の向きを夫々合わせて一列に配置した複数のサーバラック群を、隣り合うサーバラック群の前面同士を対向させて当該対向する前面の間の空間に所定の空気調和装置からの冷却空気を供給して低温領域を形成させるとともに、当該隣り合うサーバラック群の各背面が面する空間に当該サーバラック群の熱気を集めた高温領域を形成させるように配置したサーバ室の空調システムであって、前記サーバラック群を構成する前記サーバラックに設けられ、前記サーバラックの熱気を前記サーバラック群の背面側より排出させる排気ファンと、前記サーバラック群におけるサーバラックの配列方向に沿って前記低温領域の上方の天井に分散配置され、前記空気調和装置から給気ダクトを経由して供給される冷却空気を前記低温領域の床面に向けて吹き出す複数の天井吹出口と、前記サーバラック群におけるサーバラックの配列方向に沿って前記高温領域の上方の天井に分散配置され、前記サーバラック群の熱気を吸い込む複数の天井吸込口と、前記複数の天井吸込口より夫々吸い込まれた熱気を前記空気調和装置に還気させる還気ダクトと、を有することを特徴とする。

また、上記のサーバ室の空調システムであって、前記天井吹出口から吹き出される冷却空気の風速を、少なくとも前記サーバラックの最下段の棚に収容されるサーバに到達させる速度としてもよい。

また、上記のサーバ室の空調システムであって、前記天井吹出口として吹出ノズルを備えてもよい。

また、前記課題を解決するためのその他の主たる本発明は、前面より供給された冷却空気を背面より排気するサーバが夫々収容される複数のサーバラックの前面及び背面の向きを夫々合わせて一列に配置した複数のサーバラック群を、隣り合うサーバラック群の前面同士を対向させて当該対向する前面の間の空間に所定の空気調和装置からの冷却空気を供給して低温領域を形成させるとともに、当該隣り合うサーバラック群の各背面が面する空間に当該サーバラック群の熱気を集めた高温領域を形成させるように配置したサーバ室の空調システムであって、前記サーバラック群を構成する前記サーバラックの背面側に設けられ、前記サーバラックの熱気を前記サーバラック群の背面側より排出させる排気ファンと、前記低温領域の上方の天井に設けられ、前記空気調和装置から給気ダクトを経由して供給される冷却空気を前記低温領域の床面に向けて吹き出す複数の天井吹出口と、を有し、前記高温領域の上方の天井下面に沿って前記サーバラック群の背面側より排出された熱気を前記空気調和装置に還気させること、を特徴とする。

また、上記のサーバ室の空調システムであって、前記天井を、前記低温領域の上方の第１の天井高さの第１の天井面と、前記高温領域の上方の前記第１の天井高さよりも高い第２の天井高さの第２の天井面と、を有した凸凹形状の天井としてもよい。

また、上記のサーバ室の空調システムであって、前記複数の天井吹出口は、前記サーバラック群におけるサーバラックの配列方向に沿って前記低温領域の上方の天井に分散配置され、前記天井吹出口から吹き出される冷却空気の風速を、少なくとも前記サーバラックの最下段の棚に収容されるサーバに到達させる速度としたこと、としてもよい。

また、上記のサーバ室の空調システムであって、前記天井吹出口として吹出ノズルを備えてもよい。

本発明によれば、システム構築コストを抑えつつ、冷却空気と熱気との混合を抑えることで空調効率を向上させたサーバ室の空調システムを提供することができる。

図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係るサーバ室の空調システムの立面図であり、図１（ｂ）は当該サーバ室の空調システムの平面図である。 図１に示した空調システムによるサーバ室内の気流状況を示した図である。 図３（ａ）は本発明の第２実施形態に係るサーバ室の空調システムの立面図であり、図３（ｂ）は当該サーバ室の空調システムの平面図である。 本発明の第２実施形態に係るその他のサーバ室の立面図である。 本発明の第３実施形態に係るサーバ室の空調システムの立面図である。 本発明の第３実施形態に係るその他のサーバ室の空調システムの立面図である。 図７（ａ）は従来の電算機室用空調システムの平面図であり、図７（ｂ）は従来の電算機室用空調システムの立面図である。 図７に示した従来の電算機室用空調システムのその他のシステム構成を示した図である 図９（ａ）は図８に示した従来の電算機室用空調システムにおいて床吹出口からの冷却空気の風速が所定の風速よりも速くなる場合の気流状況を示した図であり、図９（ｂ）は図８に示した従来の電算機室用空調システムにおいて床吹出口からの冷却空気の風速が所定の風速よりも遅くなる場合の気流状況を示した図である。 図１０（ａ）は図９に示した従来の電算機室用空調システムにおいて遮蔽板を設けて閉鎖空間を形成する場合を示した図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）とは異なるその他の閉鎖空間を遮蔽板より形成する場合を示した図である。

＝＝＝第１実施形態（天井レターンが天井吸込口及び還気ダクトの場合）＝＝＝
図１は、本発明の第１実施形態に係るサーバ室の空調システムの構成を示した図である。図１（ａ）はサーバ室の空調システムの立面図を示しており、図１（ｂ）はサーバ室の空調システムの平面図を示している。以下では、図１に示したサーバ室４０の空調システムのシステム構成を詳細に説明する。

サーバ室４０は、例えば、企業・自治体が自社で会計、人事、販売・顧客管理等の基幹システムのサーバを集約して保守・運用するサーバ室や、顧客のサーバを預かりインターネットへの接続回線や保守・運用サービスを提供するｉＤＣ（インターネットデータセンタ）内のサーバ室である。サーバ室４０の床４１は、床スラブの上に金物で床組みをして床仕上げをした二重床構造を採用しており、床下空間４２にサーバ等の機器の配線が収容される。尚、床下空間４２は機器の配線を収容する空間としてのみ利用されるので、機器の配線を収容する空間として利用しない場合には、二重床構造を採用する必要はない。サーバ室４０の天井４３は、上階の床スラブの下に、天井を組んで仕上げた二重天井構造を採用しており、天井４３上の空間に空気調和装置２０と接続される給気ダクト２１や還気ダクト２４が収容される。

サーバ室４０が保守・運用することになるサーバは、ラックマウント型サーバ、１Ｕ（ユニット）サーバ、１Ｕハーフサーバ（奥行きが１Ｕサーバの半分のサーバ）、ブレードサーバ等のＣＰＵ、メモリを少なくとも有した情報処理装置であり、サーバラック１１の棚毎に１ユニット（１台）又は複数ユニット（複数台）収容される。特に、ブレードサーバは、ブレードと呼ばれる挿抜可能なサーバを複数集約してブレード筐体（エンクロージャ）に実装されたサーバであり、各ブレードがブレード筐体内の電源装置、放熱ファン、外部インタフェース装置を共有可能となる分、同じ広さの空間に収容されるラックマウント型サーバと比べると、高密度実装となる。上記のようなサーバは、前面より給気して背面より排気するように給気機構（給気ファン、給気口など）並びに排気機構（排気ファン、排気口など）を備えている。

サーバラック１１は、ラックマウント型サーバやブレードサーバ等のサーバを複数集約して収容する筐体であり、例えば、１９インチラックを採用することができる。サーバラック１１の各棚の背面１ｃ側には排気ファン１２が実装される。排気ファン１２は、サーバラック１１の各棚に収容される１台又は複数台のサーバの背面から排出される熱気を排出するファンである。図１の場合、３段の棚にそれぞれ排気ファン１２が実装された例を示している。

サーバラック群１０ａは、複数のサーバラック１１を互いに面を合わせて一列に配置して構成される。サーバラック群１０ｂ〜１０ｄについてもサーバラック群１０ａと同様である。サーバラック群１０ａ〜１０ｄの配置についてはコールドアイル・ホットアイル方式を採用しており、図１（ｂ）に示すように、サーバラック群１０ａ、１０ｃの前面１ｂ同士を対向させて配置することで、サーバラック群１０ａ、１０ｃの前面１ｂの間の床４１には作業者が通行可能な作業通路３０が確保されるとともに、作業通路３０上方の空間にはコールドアイル（低温領域）が形成される。サーバラック群１０ｂ、１０ｄについてもサーバラック群１０ａ、１０ｃと同様に配置されて作業通路３０が確保されるとともに、作業通路３０上の空間にはコールドアイルが形成される。一方、サーバラック群１０ａ〜１０ｄの背面１ｃ側の床４１（排熱側通路３２）上方の空間にはホットアイル（高温領域）が形成される。図１において、行数をサーバラック群の長手方向（幅方向）に沿ったサーバラック群の個数とし、列数をサーバラック群の短手方向（奥行き方向）に沿ったサーバラック群の個数とすると、サーバラック群１０ａ〜１０ｄのコールドアイル・ホットアイル方式を実現するための配置を２行２列とした場合を示しているが、この行列数に限定されず、例えば、１行４列や、４行２列など、コールドアイル・ホットアイル方式の配置を実現可能な行列数であればよい。

作業通路３０上の天井４３には、コールドアイル・ホットアイルを形成するサーバラック群１０ａ、１０ｃ（及びサーバラック群１０ｂ、１０ｄ）のサーバラック１１の数に応じた数の天井吹出口２２が、サーバラック群１０ａ、１０ｃ（及びサーバラック群１０ｂ、１０ｄ）のサーバラック１１の配列方向に沿って、分散して配置される。複数の天井吹出口２２が分散して配置されることでコールドアイル内の冷却効果の均一化が図れる。図１（ｂ）では、コールドアイル・ホットアイルを形成するサーバラック群１０ａ、１０ｃ（及びサーバラック群１０ｂ、１０ｄ）において２台のサーバラック１１毎に１口の天井吹出口２２が等間隔に設けられる場合を示しているが、１台のサーバラック１１に対応して１口の天井吹出口２２が設けられるようにしてもよいし、さらに間隔を空けて天井吹出口２２が設けられるようにしてもよい。

排熱側通路３２上の天井４３には、コールドアイル・ホットアイルを形成するサーバラック群１０ａ、１０ｃ（及びサーバラック群１０ｂ、１０ｄ）のサーバラック１１の数に応じた数の天井吸込口２３が、サーバラック群１０ａ、１０ｃ（及びサーバラック群１０ｂ、１０ｄ）におけるサーバラック１１の配列方向に沿って、分散して配置される。複数の天井吸込口２３が分散して配置されることでホットアイル内で熱気の還気効率の均一化が図れる。図１（ｂ）では、天井吹出口２２と同様に、コールドアイル・ホットアイルを形成するサーバラック群１０ａ、１０ｃ（及びサーバラック群１０ｂ、１０ｄ）において２台のサーバラック１１毎に１口の天井吸込口２３が設けられる場合を示しているが、１台のサーバラック１１に対応して１口の天井吸込口２３が設けられるようにしてもよいし、さらに間隔を空けて天井吸込口２３が設けられるようにしてもよい。尚、天井吹出口２２の口数と天井吸込口２３の口数とは、図１（ｂ）のように同一でなくてもよい。

空気調和装置２０は、例えば床置型又は床置セパレート型の空冷式のパッケージエアコンであり、サーバ室４０の室外に設置され、サーバ室４０の天井４３上の空間に収容される給気ダクト２１及び還気ダクト２４と接続される。つまり、空気調和装置２０によって空調処理された冷却空気は、サーバ室４０の天井４３上の給気ダクト２１を介して天井吹出口２２に至り、そして天井吹出口２２からコールドアイルの床４１に向けて吹き出される。また、サーバラック群１０ａ〜１０ｄの背面１ｃ側より排出される熱気は、ホットアイル上の天井４３に設けられた天井吸込口２３に吸い込まれて、還気ダクト２４を介して空気調和装置２０に戻る。尚、空気調和装置２０は、サーバ室４０内に設置するようにしてもよい。

図２は、図１に示した空調システムによるサーバ室４０内の気流状況を示した図である。

空気調和装置２０から給気ダクト２１を流れる冷却空気が個々の天井吹出口２２に至ると、その天井吹出口２２からコールドアイル下部の床４１に向けて吹き出される。尚、比重の大きな低温の冷却空気は、天井吹出口２２から吹き出される気流の勢いに加えて、空気の温度差による沈降力により、天井吹出口２２からコールドアイルの床４１に向けて吹き出される。従って、天井吹出口２２から吹き出される冷却空気の風速は、サーバラック１１の各棚のサーバの給気並びに排気が行われる状況下で、サーバラック１１の最下段の棚に収容されたラックに到達するような速度を少なくとも有しておればよい。

冷却空気は、コールドアイル下部の床４１に衝突すると、乱流的な流れとなり、サーバラック群１０ａ、１０ｂの前面１ｂから各サーバラック１１内に吸い込まれる。サーバラック１１内に吸い込まれた冷却空気は、サーバラック１１の各棚に収納されたサーバ等の機器の前面から当該機器の内部に吸い込まれ、当該機器の内部冷却に用いられる。この結果、冷却空気と当該機器の熱交換により得られた熱気が、当該機器の背面からそれぞれ排出される。

サーバラック１１の各棚に設けられる排気ファン１２によって、各棚に収納されたサーバ等の機器の熱気が集約されて、サーバラック群１０ａ、１０ｂの背面１ｃより排出される。すると、この排出された熱気は、サーバラック群１０ａ、１０ｂの背面１ｃ側のホットアイル上部の天井４３に分散配置された天井吸込口２３に吸い込まれる強制対流を実現する。尚、比重の小さな高温の熱気は、排気ファン１２による強制対流に加え、空気の温度差による浮力効果を利用することで、天井４３に分散配置した天井吸込口２３に吸い込まれる。

以上より、サーバ室４０内では、「天井吹出口２２」→「コールドアイル」→「サーバラック群１０」→「ホットアイル」→「天井吸込口２３」の流れに統一され、給気、排気ともにスムーズな気流状態を実現することができる。また、ホットアイルとコールドアイルの気流を分離して、冷却空気と熱気との混合（ショートサーキット現象）を抑えることができ、サーバ室４０内の空調効率を向上させることができる。

また、サーバラック１１の各段に排気ファン１２を備えたことで、天井吹出口２２から冷却空気を床４１に衝突させるように吹き出すと、コールドアイル内に冷却空気が拡散し、サーバラック１１内の各棚には排気ファン１２により冷却空気を均等に供給させることができる。尚、天井吹出口２２から吹き出される冷却空気の風速がコールドアイル内の床４１に衝突されないような風速であっても、比重の大きな低温の冷却空気であるため、室内空気との温度差による沈降力によって、冷却空気を床４１に衝突させることができる。このため、上記のとおり、天井吹出口２２から吹き出される冷却空気の風速は、少なくともサーバラック１１の最下段の棚に収容されたラックに到達する速度とすればよいため、空気調和装置２０の空調動力の負担を減少することができる。

また、サーバラック１１内に吸い込まれた冷却空気は、例えば８℃〜１５℃温度上昇し、室内空気との温度差に伴う十分な浮力を持った熱気となるため、天井吸込口２２の位置関係を配慮する必要がない。本空調システムは、「冷却空気と室内空気との温度差」及び「熱気と室内空気との温度差」の双方が気流分布の形成に利用されており、いずれもが冷却空気と熱気との混合を抑える役割を果たしている。

また、本空調システムは、図１０に示したように、遮蔽板９ａ、９ｂにより閉鎖空間を形成しないで、冷却空気と熱気との混合を抑えることができるため、当該閉鎖空間のためにスプリンクラーやガス消火設備等の新たな防災設備を設置する必要性はない。また、天井吹出口２２に上述したような局所冷却装置を設けなくても冷却空気と熱気との混合を抑えることができ、さらに、空気調和装置２０による一般的なセントラル空調方式の制御を殆どそのまま流用することができる。このため、本空調システムによれば、冷却空気と熱気との混合を抑える際に、システム構築コストの上昇を抑えることができる。

また、本空調システムは、サーバ室４０の床４１の床下空間４２を給気用の空間としないため、給気に対して床下配線の影響を受けなくて済み、サーバ室４０の運用開始後であっても安定した給気特性が得られる。

また、本空調システムによれば、図１０に示す遮蔽板９ａ、９ｂを設けなくても冷却空気と熱気との混合を抑えることができるため、サーバラック群１０ａ、１０ｂにおける各サーバラック１１の高さが不均一である場合であっても支障なくシステムを構築することができる。

尚、上記の説明では、天井裏の空間に還気ダクト２４を設けるようにしたが、天井裏の空間に還気ダクト２４を設けずに天井裏の給気ダクト２１を除く空間を還気ルートとして利用してもよい。

＝＝＝第２実施形態（天井下の空間を還気空間に利用する場合）＝＝＝
図３は、本発明の第２実施形態に係るサーバ室の空調システムの構成を示した図である。図３（ａ）はサーバ室の空調システムの立面図を示しており、図３（ｂ）はサーバ室の空調システムの平面図を示している。尚、図１に示した空調システムと同一の構成要素については同一の符号を付している。

図１に示した空調システムと相違する点のみを説明すると、図３に示したサーバ室４９の場合、天井吸込口２３及び還気ダクト２４を設けずにホットアイルに接する天井４３下の空間を利用している。

つまり、サーバラック１１の各棚に設けられる排気ファン１２によって、各棚に収納されたサーバ等の機器の熱気が集約されて、サーバラック群１０ａ、１０ｂの背面１ｃより排出される。すると、この排出された熱気は、排気ファン１２による強制換気に加え、空気の温度差による浮力効果により、サーバラック群１０ａ、１０ｂの背面１ｃ側のホットアイル上部の天井４３に向かう気流を形成する。

また、天井４３に上昇した熱気は、空気調和装置２０が具備する吸気ファンによって空気調和装置２０に向かう気流の流れとなる。そして、空気調和装置２０に吸い込まれた熱気は空調処理によって冷却空気となり、給気ダクト２１を介して個々の天井吹出口２２に向けて流れる。

その後の気流の流れは、第１の実施形態と同様であり、比重の大きな低温の冷却空気は、天井吹出口２２から吹き出される気流の勢いに加えて、空気の温度差による沈降力を利用して、天井吹出口２２からコールドアイルの床４１に向けて吹き出される。そして、冷却空気は、コールドアイル下部の床４１に衝突すると、周囲に拡散され、サーバラック群１０ａ、１０ｂの前面１ｂから各サーバラック１１内に吸い込まれる。サーバラック１１内に吸い込まれた冷却空気は、サーバラック１１の各棚に収納されたサーバ等の機器の前面から当該機器の内部に吸い込まれ、当該機器の内部冷却に用いられる。この結果、冷却空気と当該機器の熱交換により得られた熱気が、当該機器の背面からそれぞれ排出される。

以上より、サーバ室４９内では、「天井吹出口２２」→「コールドアイル」→「サーバラック群１０」→「ホットアイル」→「天井下面」の流れに統一され、給気、排気ともにスムーズな気流状態を実現することができる。また、ホットアイルとコールドアイルの気流を分離して、冷却空気と熱気との混合を抑えることができ、サーバ室４９内の空調効率を向上させることができる。さらに、第１実施形態とは異なり、還気ダクト２４を設けなくて済む分、よりシステム構築コストを抑制することが可能となる。

本実施形態をより効果的に実現するためには、図４に示すサーバ室４９の立面図のように、ホットアイルの第２の天井面４６の高さｈ２をコールドアイルの第１の天井面４５の高さｈ１よりも高くした凸凹形状の天井（以下、凸凹天井と呼ぶ。）４４を採用することが好ましい。尚、図４に示す例では、サーバラック群１０ａ〜１０ｄの配置を１行４列とした場合を示している。

第２の天井面４６の床４１面側の空間であって隣り合う第１の天井面４５の間の空間が、サーバラック群１０ａ、１０ｂの背面１ｃより排出された熱気が空気調和装置２０に向かう還気空間４７として用いられる。一方、第１の天井面４５には天井吹出口２２が設けられている。従って、熱気の浮力と冷却空気の沈降力とに基づいて、熱気の気流と冷却空気との気流とがより確実に分離されることになり、サーバ室４９内の空調効率をより向上させることができる。

＝＝＝第３実施形態（天井吹出口として吹出ノズルを設ける場合）＝＝＝
図５、図６は、本発明の第３実施形態に係るサーバ室の空調システムの立面図を示した図である。尚、図５は、図２に示した第１実施形態のサーバ室の空調システムの天井吹出口２２として吹出ノズル４８を設けた場合を示しており、図６は、図４に示した第２実施形態のサーバ室の空調システムの天井吹出口２２として吹出ノズル４８を設けた場合を示している。

図５、図６に示すように、天井吹出口２２として吹出ノズル４８を設けることによって、天井面から床４１に向けて吹き出される冷却空気の風速を、サーバラック１１の最下段の棚に収容されたサーバに到達させる速度（好ましくは、冷却空気が床４１に衝突する速度）に調整することが容易となる。つまり、吹出ノズル４８の噴出口から圧力をかけて吹き出すことで、その圧力エネルギーが速度エネルギーに変換される。この結果、給気ダクト２１内の流路抵抗によって吹出ノズル４８から吹き出される冷却空気の風速が低下するような場合でも、サーバラック１１の最下段の棚に収容されたサーバに到達させる速度を維持することが可能となり、冷却空気と熱気との混合をより抑えることができ、サーバ室４９内の空調効率をより向上させることができる。

尚、床吹出方式の場合、作業者の通行の安全性確保を考慮して吹出口に使用できる構造がグレーチング構造（格子体の溝蓋）等に限定されるが、本発明のように天井吹出方式の場合には、そのような限定が不要であり、採用可能な構造上の自由度が高くなるため、空調効率の向上化と併せてシステム構築コストを低く抑えるような設計も可能である。

また、本空調システムによれば、図１０に示す遮蔽板９ａ、９ｂを設けなくても冷却空気と熱気との混合を抑えることができるため、サーバラック群１０ａ〜１０ｄにおける各サーバラック１１の高さが不均一である場合であっても支障なくシステムを構築することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１０ａ〜１０ｄ サーバラック群
１１ サーバラック
１２ 排気ファン
２０ 空気調和装置
２１、５０ 給気ダクト
２２ 天井吹出口
２３ 天井吸込口
２４ 還気ダクト
３０ 作業通路
４０、４９ サーバ室
４１ 床
４２ 床下空間
４３ 天井
４４ 凸凹天井
４５ 第１天井面
４６ 第２天井面
４７ 還気空間
４８ 吹出ノズル

前記課題を解決するための主たる本発明は、前面より供給された冷却空気を背面より排気するサーバが夫々収容される複数のサーバラックの前面及び背面の向きを夫々合わせて一列に配置した複数のサーバラック群を、隣り合うサーバラック群の前面同士を対向させて当該対向する前面の間の空間に所定の空気調和装置からの冷却空気を供給して低温領域を形成させるとともに、当該隣り合うサーバラック群の各背面が面する空間に当該サーバラック群の熱気を集めた高温領域を形成させるように配置したサーバ室の空調システムであって、前記サーバラック群を構成する前記サーバラックに設けられ、前記サーバラックの熱気を前記サーバラック群の背面側より排出させる排気ファンと、前記サーバラック群におけるサーバラックの配列方向に沿って前記低温領域の上方の天井に分散配置され、前記空気調和装置から給気ダクトを経由して供給される冷却空気を前記低温領域の床面に向けて前記床面に衝突させるように吹き出す複数の天井吹出口と、前記サーバラック群におけるサーバラックの配列方向に沿って前記高温領域の上方の天井に分散配置され、前記サーバラック群の熱気を吸い込む複数の天井吸込口と、前記複数の天井吸込口より夫々吸い込まれた熱気を前記空気調和装置に還気させる還気ダクトと、を有することを特徴とする。

Claims (1)

1. 前面より供給された冷却空気を背面より排気するサーバが夫々収容される複数のサーバラックの前面及び背面の向きを夫々合わせて一列に配置した複数のサーバラック群を、隣り合うサーバラック群の前面同士を対向させて当該対向する前面の間の空間に所定の空気調和装置からの冷却空気を供給して低温領域を形成させるとともに、当該隣り合うサーバラック群の各背面が面する空間に当該サーバラック群の熱気を集めた高温領域を形成させるように配置したサーバ室の空調システムであって、
   前記サーバラック群を構成する前記サーバラックに設けられ、前記サーバラックの熱気を前記サーバラック群の背面側より排出させる排気ファンと、
   前記サーバラック群におけるサーバラックの配列方向に沿って前記低温領域の上方の天井に分散配置され、前記空気調和装置から給気ダクトを経由して供給される冷却空気を前記低温領域の床面に向けて吹き出す複数の天井吹出口と、
   前記サーバラック群におけるサーバラックの配列方向に沿って前記高温領域の上方の天井に分散配置され、前記サーバラック群の熱気を吸い込む複数の天井吸込口と、
   前記複数の天井吸込口より夫々吸い込まれた熱気を前記空気調和装置に還気させる還気ダクトと、
   を有することを特徴とするサーバ室の空調システム。