JP2016040697A - 塵埃制御システム、冷却システム及び情報処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】その日、その時の状況によって刻々と変化している塵埃量に応じて適切なフィルタを適度に利用できるようにする。【解決手段】塵埃制御システム３を、外気に含まれる塵埃を除去する第１フィルタ５Ａと、外気に含まれる塵埃を除去し、第１フィルタよりも塵埃除去率が高い第２フィルタ５Ｂと、第１フィルタを利用する場合に開けられる第１ダンパ１２Ａと、第２フィルタを利用する場合に開けられる第２ダンパ１２Ｂと、第１ダンパ及び第２ダンパの開度を制御する制御部１４とを備えるものとし、制御部が、塵埃量の時系列データから予測した将来の塵埃量に基づいて第１ダンパ及び第２ダンパの開度を制御するものとする。【選択図】図１

Description

本発明は、塵埃制御システム、冷却システム及び情報処理システムに関する。

例えば、サーバやネットワークスイッチといったＩＴ（Information Technology）サービスを提供するための情報処理システムを構築するために、複数の電子機器が設置されているデータセンタ（ＤＣ：Data Center）がある。
このようなデータセンタでは、複数の電子機器を冷却するために冷却システム（空調機）が設けられる。

特開２０１０−１３９１９０号公報 特開２００４−１３２６３９号公報 特開２００４−２７１３１３号公報

ところで、上述のようなデータセンタでは、消費電力を抑える試みがなされている。
例えば、データセンタにおいて、冷却空気を生成する冷却システムを用い、冷却空気で電子機器を冷却する場合、冷却空気を生成するための電力が必要となる。
このため、冷却空気を生成するための電力を不要とし、データセンタの消費電力を抑えるために、電子機器よりも低い温度の外気を導入するようにした冷却システムを用い、外気で電子機器を冷却することが考えられる。なお、このようなデータセンタを外気導入型データセンタという。

しかしながら、外気には、通常、塵埃が含まれているため、そのまま冷却風として電子機器にあてると、例えば塵埃粒子や塵埃粒子に付着した化学物質が電子機器に悪影響を及ぼし、電子機器の故障につながるおそれがある。
このため、外気を取り込んで、電子機器へ向けて送風する前に、フィルタを通して、外気に含まれる塵埃（塵埃粒子）を除去することが考えられる。

しかしながら、フィルタには、大きな粒子（塵埃）を除去するフィルタ、細かい粒子（塵埃）まで除去できるフィルタなど、さまざまな種類がある。
また、外気の塵埃量は、その日、その時の状況によって刻々と変化している。例えば、ほとんどフィルタを通さなくても良いほどに塵埃量が少ない日あるいは少ないときもあれば、細かい塵埃まで除去できる高性能なフィルタでしっかり除去しなければならないほどに塵埃量が多い日あるいは多いときもある。

このため、その日、その時の状況によって刻々と変化している外気の塵埃量に応じて適切なフィルタを適度に利用するのは難しい。したがって、データセンタ内の塵埃量を正確に制御するのも難しい。
そこで、その日、その時の状況によって刻々と変化している塵埃量に応じて適切なフィルタを適度に利用できるようにしたい。

本塵埃制御システムは、外気に含まれる塵埃を除去する第１フィルタと、外気に含まれる塵埃を除去し、第１フィルタよりも塵埃除去率が高い第２フィルタと、第１フィルタを利用する場合に開けられる第１ダンパと、第２フィルタを利用する場合に開けられる第２ダンパと、第１ダンパ及び第２ダンパの開度を制御する制御部とを備え、制御部が、塵埃量の時系列データから予測した将来の塵埃量に基づいて第１ダンパ及び第２ダンパの開度を制御する。

本冷却システムは、上述の塵埃制御システムと、塵埃制御システムの第１フィルタ又は第２フィルタを介して取り込まれた外気を、電子機器へ向けて送風するファンとを備える。
本情報処理システムは、上述の塵埃制御システムと、電子機器と、塵埃制御システムの第１フィルタ又は第２フィルタを介して取り込まれた外気を、電子機器へ向けて送風するファンとを備える。

したがって、本塵埃制御システム、冷却システム及び情報処理システムによれば、その日、その時の状況によって刻々と変化している塵埃量に応じて適切なフィルタを適度に利用できるという利点がある。

本実施形態にかかる塵埃制御システム、冷却システム及び情報処理システムを説明するための模式図である。 本実施形態にかかる塵埃制御システムの構成を示すブロック図である。 本実施形態にかかる塵埃制御システムに備えられる塵埃量予測部の機能及び処理の一例を説明するための図である。 本実施形態にかかる塵埃制御システムに備えられる塵埃量予測部の機能及び処理の一例を説明するための図である。 本実施形態にかかる塵埃制御システムに備えられる塵埃量予測部の機能及び処理の一例を説明するための図である。 本実施形態にかかる塵埃制御システムに備えられる塵埃量予測部の機能及び処理の一例を説明するための図である。 本実施形態にかかる塵埃制御システムにおける処理の流れを説明するためのフローチャートである。 本実施形態にかかる塵埃制御システムにおける処理の流れの変形例を説明するためのフローチャートである。 （Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態にかかる塵埃制御システムにおける処理の流れの変形例におけるダンパの開度制御について説明するための図である。 本実施形態の変形例にかかる塵埃制御システム、冷却システム及び情報処理システムを説明するための模式図である。 塵埃制御システム、冷却システム及び情報処理システムにおける一般的な構成例を示す模式図である。

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる塵埃制御システム、冷却システム及び情報処理システムについて、図１〜図１１を参照しながら説明する。
本実施形態の塵埃制御システム、冷却システム及び情報処理システムは、例えば、外気を導入して例えばサーバなどの電子機器を冷却する外気導入型データセンタにおいて用いられる。ここで、外気導入型データセンタとしては、例えば、外気を導入してサーバを冷却する小型データセンタなどがある。なお、電子機器をＩＴ機器ともいう。

このような外気導入型データセンタは、電子機器よりも低い温度の外気を導入するようにした冷却システムを用い、外気で電子機器を冷却するため、冷却空気を生成するための電力が不要であり、データセンタの消費電力を抑えることができる。
例えば、図１に示すように、外気導入型データセンタ１は、複数台のサーバ（電子機器）８が収納されたサーバラック９が複数台並列に設置されているサーバ室１Ａと、サーバ室１Ａ内に導入する外気の温度及び湿度を調整する温湿度調整室１Ｂとを備える。

ここでは、サーバ室１Ａは、その温湿度調整室１Ｂ側に吸気口１３を備え、反対側に排気口１１を備える。また、サーバ室１Ａの吸気口１３には、複数のファン６Ａを備えるファンユニット６（供給ファンユニット）が取り付けられている。そして、フィンユニット６とサーバラック９との間の空間がコールドアイル７になっており、サーバラック９と排気口１１との間の空間がホットアイル１０になっている。また、サーバラック９は、コールドアイル７側の前面から外気を吸い込み、ホットアイル１０側の背面から排気するようになっている。つまり、サーバラック９の前面から吸い込まれた外気は、サーバ８にあたり、サーバ８から熱を奪って、サーバラック９の背面から排出されるようになっている。また、サーバ室１Ａと温湿度調整室１Ｂとの間の境界に循環ダンパ４も設けられている。なお、サーバ室１Ａの吸気口１３は、温湿度調整室１Ｂに取り込まれた外気をサーバ室１Ａ内に供給するための供給口である。

また、温湿度調整室１Ｂは、外気取り込み口２を備える。そして、外気取り込み口２から取り込まれた外気は、そのままの温湿度で又は温湿度が所定の範囲内に調整されて、温湿度調整室１Ｂとサーバ室１Ａとの間の境界に設けられた吸気口１３、即ち、サーバ室１Ａの吸気口１３からファン６Ａによって吸い込まれ、コールドアイル７に入るようになっている。

ところで、外気には、通常、塵埃が含まれているため、そのまま冷却風としてサーバ８にあてると、例えば塵埃粒子や塵埃粒子に付着した化学物質がサーバ８に悪影響を及ぼし、サーバ８の故障につながるおそれがある。
このため、図１１に示すように、外気取り込み口２から外気を取り込んで、ファン６Ａによってサーバ８へ向けて送風する前に、フィルタ５を通して、外気に含まれる塵埃（塵埃粒子）を除去することが考えられる。

しかしながら、フィルタには、大きな粒子（塵埃）を除去するフィルタ（プレフィルタ）、細かい粒子（塵埃）まで除去できるフィルタ（中性能フィルタや高性能フィルタ）など、さまざまな種類がある。例えば、サーバ８に影響が少ないレベルまで塵埃を除去していると、フィルタが早く目詰まってしまい、フィルタが短寿命になる。また、例えば、ファン６Ａを用いてサーバ８へ向けて送風する場合、フィルタが目詰まったことが原因で圧力損失が高くなり、余計な電力がかかったしまうことになる。また、例えば、高性能なフィルタほど目詰まりも早く起こり、また、高性能なフィルタを用いると、最初から圧力損失がかかるため、冷却するのに必要な風量を得るために、より多くの電力がかかってしまうことになる。

また、外気の塵埃量は、その日、その時の状況によって刻々と変化している。例えば、ほとんどフィルタを通さなくても良いほどに塵埃量が少ない日あるいは少ないときもあれば、細かい塵埃まで除去できる高性能なフィルタでしっかり除去しなければならないほどに塵埃量が多い日あるいは多いときもある。
このため、その日、その時の状況によって刻々と変化している外気の塵埃量に応じて適切なフィルタを適度に利用するのは難しい。したがって、データセンタ内の塵埃量を正確に制御するのも難しい。

そこで、その日、その時の状況によって刻々と変化している塵埃量に応じて適切なフィルタを適度に利用できるようにすべく、本実施形態では、以下に説明するような塵埃制御システムを設けている。
つまり、本実施形態では、温湿度調整室１Ｂは、２つの外気取り込み口２Ａ、２Ｂ、即ち、第１外気取り込み口２Ａ及び第２外気取り込み口２Ｂを備える。

また、これらの２つの外気取り込み口２Ａ、２Ｂのそれぞれに、外気に含まれる塵埃を除去するフィルタ５Ａ、５Ｂ、及び、このフィルタ５Ａ、５Ｂを利用する場合に開けられるダンパ１２Ａ、１２Ｂが設けられている。つまり、第１外気取り込み口２Ａに、外気に含まれる塵埃を除去する第１フィルタ５Ａ、及び、第１フィルタ５Ａを利用する場合に開けられる第１ダンパ１２Ａが設けられている。また、第２外気取り込み口２Ｂに、外気に含まれる塵埃を除去し、第１フィルタ５Ａよりも塵埃除去率が高い第２フィルタ５Ｂ、及び、第２フィルタ５Ｂを利用する場合に開けられる第２ダンパ１２Ｂが設けられている。なお、ここで、塵埃除去率とは、外気（大気）がフィルタを通るときに除去できる塵埃の比率をいい、この塵埃除去率はフィルタの種類によって異なる。

ここでは、第１ダンパ１２Ａは、第１フィルタ５Ａに対応する位置に設けられている。そして、第１ダンパ１２Ａが開けられると、第１外気取り込み口２Ａが開き、第１フィルタ５Ａを介して外気が取り込まれるようになっており、これにより、第１フィルタ５Ａが利用されるようになっている。一方、第１ダンパ１２Ａが閉じられると、第１外気取り込み口２Ａが閉じ、第１フィルタ５Ａを介して外気が取り込まれないようになり、これにより、第１フィルタ５Ａが利用されないようになっている。

同様に、第２ダンパ１２Ｂは、第２フィルタ５Ｂに対応する位置に設けられている。そして、第２ダンパ１２Ｂが開けられると、第２外気取り込み口２Ｂが開き、第２フィルタ５Ｂを介して外気が取り込まれるようになっており、これにより、第２フィルタ５Ｂが利用されるようになっている。一方、第２ダンパ１２Ｂが閉じられると、第２外気取り込み口２Ｂが閉じ、第２フィルタ１２Ｂを介して外気が取り込まれないようになり、これにより、第２フィルタ１２Ｂが利用されないようになっている。

このように、本実施形態では、外気取り込み経路、即ち、外気導入経路が２系統あり、これらの２系統の外気取り込み経路のそれぞれにフィルタ５Ａ、５Ｂが設けられており、これらのフィルタ５Ａ、５Ｂがダンパ１２Ａ、１２Ｂの開度に応じて利用されるようになっている。
そして、制御部１４が、塵埃量の時系列データから予測した将来の塵埃量に基づいて、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御するようになっている。このように、塵埃量の時系列データから将来の塵埃量を予測し、これに基づいて、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御することで、第１フィルタ５Ａ及び第２フィルタ５Ｂの少なくとも一方が利用される。つまり、２種類のフィルタ５Ａ、５Ｂ、即ち、塵埃除去率の異なる２種類のフィルタ５Ａ、５Ｂを用い、利用するフィルタを、塵埃量の時系列データから予測した将来の塵埃量に基づいて、２つのダンパ１２Ａ、１２Ｂの開度制御によって切り替えるようにしている。これにより、より正確な塵埃量に基づいて適切なフィルタを適度に利用できるようになる。例えば、塵埃量が低い場合に、より塵埃除去率が高いフィルタの使用を抑えることができ、フィルタによる圧力損失によって余計な電力がかかってしまうのを抑制し、フィルタの長寿命化を図ることが可能となる。

このように、本実施形態にかかる塵埃制御システム３は、外気に含まれる塵埃を除去する第１フィルタ５Ａと、外気に含まれる塵埃を除去し、第１フィルタ５Ａよりも塵埃除去率が高い第２フィルタ５Ｂと、第１フィルタ５Ａを利用する場合に開けられる第１ダンパ１２Ａと、第２フィルタ５Ｂを利用する場合に開けられる第２ダンパ１２Ｂと、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御する制御部１４とを備え、制御部１４が、塵埃量の時系列データから予測した将来の塵埃量に基づいて第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御するようになっている。

そして、本実施形態では、第１ダンパ１２Ａの開度に応じて第１外気取り込み口２Ａが開けられて第１フィルタ５Ａが利用され、第２ダンパ１２Ｂの開度に応じて第２外気取り込み口２Ｂが開けられて第２フィルタ１２Ａが利用されるようになっている。
この場合、外気導入型データセンタ１は、サーバラック９に収納された複数台のサーバ８、即ち、複数の電子機器８と、複数のファン６Ａを備えるファンユニット６と、塵埃制御システム３とを備える情報処理システムを備えることになる。つまり、本実施形態にかかる情報処理システムは、塵埃制御システム３と、電子機器８と、塵埃制御システム３の第１フィルタ５Ａ又は第２フィルタ５Ｂを介して取り込まれた外気を、電子機器８へ向けて送風するファン６Ａとを備える。

また、外気導入型データセンタ１は、複数のファン６Ａを備えるファンユニット６と、塵埃制御システム３とを備える冷却システムを備えることになる。つまり、本実施形態にかかる冷却システムは、塵埃制御システム３と、塵埃制御システム３の第１フィルタ５Ａ又は第２フィルタ５Ｂを介して取り込まれた外気を、電子機器８へ向けて送風するファン６Ａとを備える。

なお、本実施形態では、２つの外気取り込み口２Ａ、２Ｂを設け、これらの外気取り込み口２Ａ、２Ｂのそれぞれにダンパ１２Ａ、１２Ｂ及びフィルタ５Ａ、５Ｂを設け、２種類のフィルタ５Ａ、５Ｂを用いているが、これに限られるものではない。例えば、３つ以上の外気取り込み口を設け、これらの外気取り込み口のそれぞれにダンパ及びフィルタを設け、３種類以上のフィルタを用いるようにしても良い。このように、少なくとも２つの外気取り込み口を設け、これらの外気取り込み口のそれぞれにダンパ及びフィルタを設け、少なくとも２種類のフィルタを用いるようにすれば良い。

ところで、本実施形態では、制御部１４は、例えばコントローラあるいはコンピュータを含み、塵埃量の時系列データから予測した将来の塵埃量に基づいて第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御すべく、その機能として、図２に示すように、データ取得部１５と、判定基準塵埃量設定部１６と、塵埃量予測部１７と、塵埃量判定部１８と、ダンパ制御部１９とを備える。

ここで、データ取得部１５は、外気の塵埃量、風速、湿度、温度などの大気物性量などのデータ（計測データ；測定データ）を取得する。なお、データ取得部１５は、データセンタ１の外に設置された計測部２０から外気の塵埃量や大気物性量などのデータを取得しても良いし、データセンタ１の近郊で公的な計測部２０によって計測された外気の塵埃量や大気物性量などの公的なデータを取得しても良い。この場合、計測部２０は、塵埃量計測部、及び、風速計測部、湿度計測部、温度計測部などの大気物性量計測部を含む。そして、データ取得部１５は、取得したデータを時系列にデータベース２１に蓄積しておく。この場合、所定時間分のデータをデータベース２１に蓄積させておくのが好ましい。

判定基準塵埃量設定部１６は、オペレータによって入力された塵埃量を、判定基準塵埃量として設定する。
塵埃量予測部１７は、データベース２１に蓄積されている塵埃量（ここでは外気塵埃量）の時系列データから将来の塵埃量（ここでは外気塵埃量）を予測する。
ここでは、塵埃量予測部１７は、データベース２１に蓄積されている塵埃量の時系列データを利用して将来の塵埃量を予測する予測モデルを作成し、この予測モデルを用いて将来の塵埃量を予測する。このように予測モデルを用いて将来の塵埃量を予測することで、より正確な塵埃量判断をリアルタイムで行なうことができ、高性能にシステムを運用することが可能となる。

ここで、塵埃量予測部１７は、ステップワイズ法及び重回帰モデルを用いて将来の塵埃量を予測するのが好ましい。
また、塵埃量予測部１７は、塵埃量の時系列データに含まれる塵埃量及び大気物性量に基づいて将来の塵埃量を予測するのが好ましい。つまり、塵埃量予測部１７は、塵埃量の時系列データに含まれる各時間の塵埃量、及び、これらの各時間の、塵埃量とは別の大気物性量に基づいて将来の塵埃量を予測するのが好ましい。特に、大気物性量としては、風速及び湿度（相対湿度）を用いるのが好ましい。つまり、制御部１４は、塵埃量の時系列データに含まれる塵埃量、風速及び湿度（相対湿度）に基づいて将来の塵埃量を予測するのが好ましい。

具体的には、以下のようにして、塵埃量を含む大気物性量の時系列データを利用して、ステップワイズ法及び重回帰モデルを用いて、将来の塵埃量を予測することができる。
ここでは、１時間後の塵埃量（ＳＰＭ）を目的変数とし、これを予測するため、例えば自治体で発表している大気物性量（ＳＯ_２、ＮＯ、ＮＯ_２、ＮＯ_Ｘ、風速、気温、相対湿度、ＳＰＭ）を説明変数として用いることとし、現在から過去１年分の１時間値のデータを取得する。

これらの８変数を説明変数とし、これらの候補から、目的変数を予測するのに有用な変数を採用するため、次のように、ステップワイズ法、即ち、回帰式モデルにおいて、できるだけシステムの入力ベクトルにおける入力変数を少なくし、かつ、観測値と予測値の差の平方和が実用に耐えうるほど小さいものとするために、ある検定基準を設けて入力変数の追加と削除を行なう方法を用いて、変数選択を行なう。

つまり、図３に示すように、それぞれの大気物性量、即ち、ＳＯ_２、ＮＯ、ＮＯ_２、ＮＯ_Ｘ、風速、気温、相対湿度、ＳＰＭについて、ある時間ｔの値及びある時間ｔに対して１〜４時間遅れ（ｔ−１、ｔ−２、ｔ−３、ｔ−４）の値を、変数名ｘ１〜ｘ４０に対応づけて、合計４０の変数からなる変数表を作成する。そして、これらの４０変数に関し、ステップワイズ法（変数増減法）によって目的変数に与える影響が大きいもの、ここでは、図４に示すようにＦ値が１３以上になるものが採用されるように変数選択を行なう。

その後、図３中、模様が付してある、選択した８変数（ＳＰＭ３変数、風速３変数、相対湿度２変数）を利用して重回帰モデルを作成し、目的変数である1時間後の塵埃量を予測した結果、予測値は、図５中、実線Ａで示すようになった。なお、図５中、一点鎖線Ｂは実測値を示している。
また、これらの予測値の精度を評価すべく、図６に示すように、予測値と実測値の散布図を作成したところ、相関係数は約０．９９８９、ＲＭＳＥは０．００１２２６となり、高い精度で予測できていることが確認できた。

このように、塵埃量を含む大気物性量の時系列データに基づいて、ステップワイズ法及び重回帰モデルを利用することによって、将来の塵埃量（ここでは１時間後の塵埃量）を高い精度で予測することができる。
なお、ステップワイズ法は、目的変数を予測するのに有用な変数を選択するための手法、即ち、一番良好な予測結果を得るために変数を選択するための手法である。そして、上述のようにしてステップワイズ法によって選択された変数は、ＳＰＭ、風速、相対湿度に関するものである。このため、将来の塵埃量を予測するのに、大気物性量としては、風速及び相対湿度を用いるのが好ましいことになる。つまり、風速及び相対湿度以外の大気物性量（ＳＯ_２、ＮＯ、ＮＯ_２、ＮＯ_Ｘ、気温）に関する変数（これらはＳＰＭと相関の少ない変数である）を選択して、重回帰モデルを作成し、将来の塵埃量を予測しても、風速及び相対湿度に関する変数（これらはＳＰＭと相関が多い変数である）を選択し、重回帰モデルを作成し、将来の塵埃量を予測する場合よりも良好な予測結果を得るのは難しいことになる。

また、ここでは、ステップワイズ法及び重回帰モデルを利用することによって、将来の塵埃量を予測するようにしているが、これに限られるものではなく、例えば上述の４０変数の全てを利用して重回帰モデルを作成し、即ち、上述の４０変数に関し、それぞれに互いに重回帰分析を行なって、将来の塵埃量を予測するようにしても良い。但し、時間や手間を考慮すると、上述のようにステップワイズ法及び重回帰モデルを利用することによって将来の塵埃量を予測するのが好ましい。

塵埃量判定部１８は、塵埃量予測部１７で予測した将来の塵埃量が、判定基準塵埃量設定部１６で設定された判定基準塵埃量以上であるか否かを判定する。
ダンパ制御部１９は、塵埃量判定部１８における判定結果に基づいて、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度（開口比率；開口率；開閉）を制御する。
例えば、塵埃量予測部１７で予測した将来の塵埃量が、判定基準塵埃量設定部１６で設定された判定基準塵埃量以上であると判定した場合、ダンパ制御部１９は、第１フィルタ５Ａに対して設けられている第１ダンパ１２Ａを全閉にし、第１フィルタ５Ａよりも塵埃除去率が高い高性能な第２フィルタ５Ｂに対して設けられている第２ダンパ１２Ｂを全開にするように、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御する。

一方、塵埃量予測部１７で予測した将来の塵埃量が、判定基準塵埃量設定部１６で設定された判定基準塵埃量以上でないと判定した場合、ダンパ制御部１９は、第１フィルタ５Ａに対して設けられている第１ダンパ１２Ａを全開にし、第１フィルタ５Ａよりも塵埃除去率が高い高性能な第２フィルタ５Ｂに対して設けられている第２ダンパ１２Ｂを全閉にするように、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御する。

これにより、塵埃量の時系列データから予測した将来の塵埃量に基づいて第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度が制御され、性能の異なる２種類のフィルタ、即ち、塵埃除去率が異なる第１フィルタ５Ａ及び第２フィルタ５Ｂが適切にかつ適度に利用されることになる。
次に、本実施形態にかかる塵埃制御システム３による制御の流れ（塵埃制御方法）について、図７を参照しながら説明する。

図７に示すように、まず、制御部１４は、データ取得部１５によって、外気の塵埃量、風速、湿度、温度などの大気物性量などのデータを取得する（ステップＳ１）。ここでは、計測部２０から、現在の外気の塵埃量ｙ_ＳＰＭ（ｋ）、風速、湿度、温度などの大気物性量などのデータを取得する。
次に、制御部１４は、判定基準塵埃量設定部１６によって、オペレータによって入力された塵埃量を、判定基準塵埃量θ_ＳＰＭとして設定する（ステップＳ２）。

次に、制御部１４は、ステップＳ１で計測部２０から取得したデータを時系列にデータベース２１に記憶させる（ステップＳ３）。ここでは、所定時間分のデータをデータベース２１に記憶させる。
次に、制御部１４は、塵埃量予測部１７によって、データベース２１に記憶されている塵埃量（外気塵埃量）の時系列データから将来の塵埃量（外気塵埃量）ｙ_ＳＰＭ（ｋ＋１）を予測する（ステップＳ４）。

ここでは、制御部１４は、塵埃量予測部１７によって、データベース２１に記憶されている塵埃量の時系列データを利用して将来の塵埃量を予測する予測モデルを作成し、この予測モデルを用いて将来の塵埃量を予測する。
具体的には、制御部１４は、塵埃量予測部１７によって、ステップワイズ法及び重回帰モデルを用いて将来の塵埃量を予測するのが好ましい。この際、制御部１４は、塵埃量予測部１７によって、塵埃量の時系列データに含まれる塵埃量及び大気物性量に基づいて将来の塵埃量を予測するのが好ましい。特に、大気物性量としては、風速及び湿度（相対湿度）を用いるのが好ましい。

次に、制御部１４は、塵埃量判定部１８によって、塵埃量予測部１７で予測した将来の塵埃量ｙ_ＳＰＭ（ｋ＋１）が、判定基準塵埃量設定部１６で設定された判定基準塵埃量θ_ＳＰＭ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。
この判定の結果、塵埃量予測部１７で予測した将来の塵埃量ｙ_ＳＰＭ（ｋ＋１）が、判定基準塵埃量設定部１６で設定された判定基準塵埃量θ_ＳＰＭ以上であると判定した場合、ＹＥＳルートへ進み、制御部１４は、ダンパ制御部１９によって、第１フィルタ５Ａに対して設けられている第１ダンパ１２Ａを全閉にし、第１フィルタ５Ａよりも塵埃除去率が高い高性能な第２フィルタ５Ｂに対して設けられている第２ダンパ１２Ｂを全開にするように、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度（開口比率；開閉）を制御する（ステップＳ６）。

一方、塵埃量予測部１７で予測した将来の塵埃量ｙ_ＳＰＭ（ｋ＋１）が、判定基準塵埃量設定部１６で設定された判定基準塵埃量θ_ＳＰＭ以上でないと判定した場合、ＮＯルートへ進み、制御部１４は、ダンパ制御部１９によって、第１フィルタ５Ａに対して設けられている第１ダンパ１２Ａを全開にし、第１フィルタ５Ａよりも塵埃除去率が高い高性能な第２フィルタ５Ｂに対して設けられている第２ダンパ１２Ｂを全閉にするように、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度（開口比率；開閉）を制御する（ステップＳ７）。

なお、ここでは、塵埃量予測部１７で予測した将来の塵埃量ｙ_ＳＰＭ（ｋ＋１）が、判定基準塵埃量設定部１６で設定された判定基準塵埃量θ_ＳＰＭ以上であるか否かに基づいて、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を全開又は全閉に制御するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を任意の開度に制御するようにしても良い。また、例えば、将来の塵埃量と判定基準塵埃量との差に応じて第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御するようにしても良い。

したがって、本実施形態にかかる塵埃制御システム、冷却システム及び情報処理システムによれば、その日、その時の状況によって刻々と変化している塵埃量に応じて適切なフィルタを適度に利用できるという利点がある。
これにより、外気導入型データセンタにおいて、室内塵埃量が適正に保たれ、また、フィルタの圧力損失による電力量の増加を抑制することができ、さらに、フィルタの寿命を延ばすことが可能となる。

例えば、初期の圧力損失が約１５０Ｐａで最終的に圧力損失が約３００Ｐａになる高性能フィルタのみを２年間（１７５２０時間）常時利用した場合、初期の圧力損失が約１５０Ｐａ、初期のファン１台あたりの電力が約１００Ｗであったのに対し、２年後の圧力損失は約２９０Ｐａ、２年後のファン１台あたりの電力は約２００Ｗであった。
これに対し、上述の実施形態のものにおいて、第１フィルタとして、初期の圧力損失が約７５Ｐａで最終的に圧力損失が約１５０Ｐａになるプレフィルタを用い、第２フィルタとして、初期の圧力損失が約１５０Ｐａで最終的に圧力損失が約３００Ｐａになる高性能フィルタを用い、予測した将来の塵埃量に基づいて第１ダンパ及び第２ダンパの開度を制御した場合、２年間のうち、実際に高性能フィルタが利用されたのは約半分の８７６０時間であった。そして、プレフィルタの２年後の圧力損失は約１４０Ｐａ、高性能フィルタの２年後の圧力損失は約２２０Ｐａであった。また、初期のファン１台あたりの電力が約７５Ｗであったのに対し、２年後のファン１台あたりの電力は約１５０Ｗであった。

このように、上述の実施形態のものによって、フィルタの圧力損失による電力量の増加を抑制することができ、また、フィルタの寿命を延ばすことができることが確認できた。
なお、上述の実施形態では、制御部１４は、塵埃量の時系列データから予測した将来の塵埃量が判定基準塵埃量以上であるか否かに基づいて第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御するようになっている。

しかしながら、これに限られるものではなく、制御部１４は、外気塵埃量の時系列データから予測した将来の外気塵埃量、第１フィルタ５Ａの塵埃除去率及び第２フィルタ５Ｂの塵埃除去率に基づいて求めた将来の室内塵埃量が目標塵埃量以下になるように第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度（開口比率；開閉）を制御するようにしても良い。
例えば、外気塵埃量の時系列データから予測した将来の外気塵埃量をｙ_ＳＰＭとし、第１フィルタ５Ａの塵埃除去率をａとし、第２フィルタ５Ｂの塵埃除去率をｂとし、第１ダンパ１２Ａの操作量をｕとし、第２ダンパ１２Ｂの操作量をｖとすると、室内塵埃量Ｚ_ＳＰＭは、次式によって求めることができる。
Ｚ_ＳＰＭ＝ｙ_ＳＰＭ×（ａｖ＋ｂｕ）
この場合、上述の実施形態のものにおいて、判定基準塵埃量設定部１６を、オペレータによって入力された塵埃量の目標値を目標塵埃量として設定する目標塵埃量設定部とすれば良い。例えば、塵埃量の目標値は、電子機器への影響を考慮して、室内の塵埃量をどの程度にしたいかによって決めれば良い。また、塵埃量予測部１７を、外気塵埃量の時系列データから将来の外気塵埃量を予測し、さらに、予測した将来の外気塵埃量、第１フィルタ５Ａの塵埃除去率及び第２フィルタ５Ｂの塵埃除去率に基づいて将来の室内塵埃量を予測するようにすれば良い。つまり、塵埃量予測部１７を、外気塵埃量の時系列データから予測した将来の外気塵埃量、第１フィルタ５Ａの塵埃除去率及び第２フィルタ５Ｂの塵埃除去率に基づいて将来の室内塵埃量を予測するようにすれば良い。そして、上述の実施形態の塵埃量判定部１８及びダンパ制御部１９に代えて、ダンパ制御部１９が、塵埃量予測部１７で予測した将来の室内塵埃量が、目標塵埃量設定部で設定された目標塵埃量以下になるように第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御するようにすれば良い。例えば、ダンパ制御部１９が、塵埃量予測部１７で予測した将来の室内塵埃量が、目標塵埃量設定部で設定された目標塵埃量以下になるように、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂのそれぞれの操作量（制御量）を設定し、これらの操作量に基づいて、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御するようにすれば良い。

そして、図８に示すように、まず、上述の実施形態の場合と同様に、制御部１４は、データ取得部１５によって、外気の塵埃量、風速、湿度、温度などの大気物性量などのデータを取得する（ステップＳ１）。
次に、制御部１４は、目標塵埃量設定部によって、オペレータによって入力された塵埃量を、目標塵埃量θ_ＳＰＭとして設定する（ステップＳ２）。

次に、上述の実施形態の場合と同様に、制御部１４は、ステップＳ１で計測部２０から取得したデータを時系列にデータベース２１に記憶させる（ステップＳ３）。
次に、制御部１４は、塵埃量予測部１７によって、上述の実施形態の場合と同様に、データベース２１に記憶されている塵埃量（外気塵埃量）の時系列データから将来の塵埃量（外気塵埃量）ｙ_ＳＰＭ（ｋ＋１）を予測し、さらに、予測した将来の外気塵埃量、第１フィルタ５Ａの塵埃除去率及び第２フィルタ５Ｂの塵埃除去率に基づいて将来の室内塵埃量を予測する（ステップＳ４）。そして、制御部１４は、ダンパ制御部１９によって、将来の室内塵埃量ｙ_ＳＰＭ（ｋ＋１）が目標塵埃量θ_ＳＰＭ以下になるように、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂのそれぞれの操作量ｕ、ｖを設定する（ステップＳ４）。

次に、制御部１４は、ダンパ制御部１９によって、これらの操作量ｕ、ｖに基づいて、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度（開口比率；開閉）を制御する（ステップＳ５）。
例えば図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１ダンパ１２Ａの開度と操作量ｕとの関係、及び、第２ダンパ１２Ｂの開度と操作量ｖとの関係を設定しておき、これらの関係に基づいて、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御するようにすれば良い。

つまり、図９（Ａ）に示すように、操作量ｕが０％の場合、第１ダンパ１２Ａが全閉（開度０％）になり、第１フィルタ５Ａが完全に利用されないようにし、操作量ｕが０％から１００％へ向けて大きくなるにしたがって、第１ダンパ１２Ａの開度が大きくなっていき、第１フィルタ５Ａの利用率が高くなっていくようにする。そして、操作量ｕが１００％の場合、第１ダンパ１２Ａが全開（開度１００％）になり、第１フィルタ５Ａが完全に利用されるようにする。

一方、図９（Ｂ）に示すように、操作量ｖが０％の場合、第２ダンパ１２Ｂが全開（開度１００％）になり、第２フィルタ５Ｂが完全に利用されるようにし、操作量ｖが０％から１００％へ向けて大きくなるにしたがって、第２ダンパ１２Ｂの開度が小さくなっていき、第２フィルタ５Ｂの利用率が低くなっていくようにする。そして、操作量ｖが１００％の場合、第２ダンパ１２Ｂが全閉（開度０％）になり、第２フィルタ５Ｂが完全に利用されなくなるようにする。

そして、これらの関係に基づいて、塵埃量予測部１７で予測した将来の室内塵埃量が、目標塵埃量設定部で設定された目標塵埃量以下になるように、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂのそれぞれの操作量ｕ、ｖを設定し、これらの操作量ｕ、ｖに基づいて、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御するようにすれば良い。
例えば、将来の室内塵埃量と目標塵埃量との差に応じて操作量ｕ、ｖを変えるようにすれば良い。例えば、将来の室内塵埃量と目標塵埃量との差が第１の量以上である場合は、操作量ｕ、ｖをいずれも０％にし、第１ダンパ１２Ａを全閉にし、第２ダンパ１２Ｂを全開にして、第１フィルタ５Ａよりも塵埃除去率が高い第２フィルタ５Ｂのみが完全に利用されるようにし、将来の室内塵埃量と目標塵埃量との差が第２の量以下である場合は、操作量ｕ、ｖをいずれも１００％にし、第１ダンパ１２Ａを全開にし、第２ダンパ１２Ｂを全閉にして、第１フィルタ５Ａのみが完全に利用されるようにすれば良い。そして、将来の室内塵埃量と目標塵埃量との差が第１の量と第２の量との間である場合は、将来の室内塵埃量と目標塵埃量との差が小さいほど操作量ｕ、ｖを大きくしていくようにすれば良い。なお、ここでは、第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの操作量を同じにしているが、異なる操作量に基づいて第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度を制御するようにしても良い。また、将来の室内塵埃量と目標塵埃量とが一致するようにフィードバック制御するようにしても良い。

また、塵埃量を計測するセンサ（塵埃量計測部）や大気物性量を計測するセンサを室内に設け、制御部１４が、室内塵埃量の時系列データから予測した将来の室内塵埃量が目標塵埃量以下になるように第１ダンパ１２Ａ及び第２ダンパ１２Ｂの開度（開口比率；開閉）を制御するようにしても良い。
また、上述の実施形態では、温湿度調整室１Ｂは、２つの外気取り込み口２Ａ、２Ｂ、即ち、第１外気取り込み口２Ａ及び第２外気取り込み口２Ｂを備え、これらの２つの外気取り込み口２Ａ、２Ｂのそれぞれに、フィルタ５Ａ、５Ｂ及びダンパ１２Ａ、１２Ｂが設けられているが、これに限られるものではない。

例えば、図１０に示すように、温湿度調整室１Ｂは、１つの外気取り込み口２を備え、この外気取り込み口２に第１フィルタ５Ａを設け、外気取り込み口２から温湿度調整室１Ｂに取り込まれた外気をサーバ室１Ａ内に供給する供給口１３（サーバ室１Ａの吸気口１３；サーバ室１Ａの外気取り込み口）の一の領域（第１領域）に第１ダンパ１２Ａを設け、残りの領域（第２領域）に第２フィルタ５Ｂ及び第２ダンパ１２Ｂを設けるようにしても良い。つまり、上述の実施形態のように、サーバ室１Ａに外気を導入するのに、２つの外気取り込み口２Ａ、２Ｂを並列に設けるのに代えて、このように、サーバ室１Ａに外気を導入するのに、２つの外気取り込み口２、１３を直列に設けても良い。この場合、上述の実施形態では、外気に含まれる塵埃を除去するのに２種類のフィルタ５Ａ、５Ｂをそれぞれ別個独立に用いていたのに対し、ここでは、外気に含まれる塵埃を除去するのに２種類のフィルタ５Ａ、５Ｂを段階的に用いることになる。このように構成する場合、まず、第１フィルタ５Ａを用いて、外気に含まれる大きな塵埃を除去することになる。そして、さらに必要であれば、第１ダンパ１２Ａを閉じ、第２ダンパ１２Ｂを開けて、第１フィルタ５Ａよりも塵埃除去率の高い高性能な第２フィルタ５Ｂを用いて、外気に含まれる小さい塵埃を除去して、サーバ室１Ａに外気を導入することになる。一方、必要がない場合は、第１ダンパ１２Ａを開け、第２ダンパ１２Ｂを閉じて、第２フィルタ５Ｂを用いることなく、第１フィルタ５Ａを用いて外気に含まれる大きな塵埃を除去するだけにして、サーバ室１Ａに外気を導入することになる。

この場合、塵埃除去システム３は、第１フィルタ５Ａが、外気取り込み口２に設けられており、第１ダンパ１２Ａが、外気取り込み口２から取り込まれた外気を室内１Ａに供給する供給口１３の第１領域に設けられており、第２フィルタ５Ｂ及び第２ダンパ１２Ｂが、供給口１３の第２領域に設けられており、第１ダンパ１２Ａの開度に応じて供給口１３の第１領域が開けられて第１フィルタ５Ａが利用され、第２ダンパ１２Ｂの開度に応じて供給口１３の第２領域が開けられて第１フィルタ５Ａ及び第２フィルタ５Ｂが利用されるようになっていることになる。

このほか、図１０に示す構成のものにおいて、第１フィルタ５Ａを外気取り込み口２に設けずに、供給口１３に設けても良い。つまり、供給口１３の全領域に第１フィルタ５Ａを設け、供給口１３の一の領域に第１ダンパ１２Ａを設け、残りの領域に第２フィルタ５Ｂ及び第２ダンパ１２Ｂを設けても良い。また、温湿度調整室１Ｂは、１つの外気取り込み口２を備え、この外気取り込み口２にはフィルタを設けずに、外気取り込み口２から温湿度調整室１Ｂに取り込まれた外気をサーバ室１Ａ内に供給する供給口１３の一の領域に第１フィルタ５Ａ及び第１ダンパ１２Ａを設け、残りの領域に第２フィルタ５Ｂ及び第２ダンパ１２Ｂを設けるようにしても良い。また、温湿度調整室１Ｂは、１つの外気取り込み口２を備え、この外気取り込み口２の一の領域に第１フィルタ５Ａ及び第１ダンパ１２Ａを設け、残りの領域に第２フィルタ５Ｂ及び第２ダンパ１２Ｂを設けるようにしても良い。

なお、本発明は、上述した実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
外気に含まれる塵埃を除去する第１フィルタと、
外気に含まれる塵埃を除去し、前記第１フィルタよりも塵埃除去率が高い第２フィルタと、
前記第１フィルタを利用する場合に開けられる第１ダンパと、
前記第２フィルタを利用する場合に開けられる第２ダンパと、
前記第１ダンパ及び前記第２ダンパの開度を制御する制御部とを備え、
前記制御部が、塵埃量の時系列データから予測した将来の塵埃量に基づいて前記第１ダンパ及び前記第２ダンパの開度を制御することを特徴とする塵埃制御システム。

（付記２）
前記制御部は、塵埃量の時系列データに含まれる塵埃量及び大気物性量に基づいて前記将来の塵埃量を予測することを特徴とする、付記１に記載の塵埃制御システム。
（付記３）
前記制御部は、塵埃量の時系列データに含まれる塵埃量、風速及び湿度に基づいて前記将来の塵埃量を予測することを特徴とする、付記１又は２に記載の塵埃制御システム。

（付記４）
前記制御部は、ステップワイズ法及び重回帰モデルを用いて前記将来の塵埃量を予測することを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の塵埃制御システム。
（付記５）
前記制御部は、塵埃量の時系列データから予測した将来の塵埃量が判定基準塵埃量以上であるか否かに基づいて前記第１ダンパ及び前記第２ダンパの開度を制御することを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の塵埃制御システム。

（付記６）
前記制御部は、外気塵埃量の時系列データから予測した将来の外気塵埃量、前記第１フィルタの塵埃除去率及び前記第２フィルタの塵埃除去率に基づいて予測した将来の室内塵埃量が目標塵埃量以下になるように前記第１ダンパ及び前記第２ダンパの開度を制御することを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の塵埃制御システム。

（付記７）
前記第１フィルタ及び前記第１ダンパは、第１外気取り込み口に設けられており、
前記第２フィルタ及び前記第２ダンパは、第２外気取り込み口に設けられており、
前記第１ダンパの開度に応じて前記第１外気取り込み口が開けられて前記第１フィルタが利用され、
前記第２ダンパの開度に応じて前記第２外気取り込み口が開けられて前記第２フィルタが利用されるようになっていることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の塵埃制御システム。

（付記８）
前記第１フィルタは、外気取り込み口に設けられており、
前記第１ダンパは、前記外気取り込み口から取り込まれた外気を室内に供給する供給口の第１領域に設けられており、
前記第２フィルタ及び前記第２ダンパは、前記供給口の第２領域に設けられており、
前記第１ダンパの開度に応じて前記供給口の第１領域が開けられて前記第１フィルタが利用され、
前記第２ダンパの開度に応じて前記供給口の第２領域が開けられて前記第１フィルタ及び前記第２フィルタが利用されるようになっていることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の塵埃制御システム。

（付記９）
付記１〜８のいずれか１項に記載の塵埃制御システムと、
前記塵埃制御システムの前記第１フィルタ又は前記第２フィルタを介して取り込まれた外気を、電子機器へ向けて送風するファンとを備えることを特徴とする冷却システム。
（付記１０）
付記１〜８のいずれか１項に記載の塵埃制御システムと、
電子機器と、
前記塵埃制御システムの前記第１フィルタ又は前記第２フィルタを介して取り込まれた外気を、前記電子機器へ向けて送風するファンとを備えることを特徴とする情報処理システム。

１ 外気導入型データセンタ
１Ａ サーバ室
１Ｂ 温湿度調整室
２ 外気取り込み口
２Ａ 第１外気取り込み口
２Ｂ 第２外気取り込み口
３ 塵埃制御システム
４ 循環ダンパ
５ フィルタ
５Ａ 第１フィルタ
５Ｂ 第２フィルタ
６ ファンユニット
６Ａ ファン
７ コールドアイル
８ サーバ（電子機器）
９ サーバラック
１０ ホットアイル
１１ 排気口
１２Ａ 第１ダンパ
１２Ｂ 第２ダンパ
１３ 吸気口
１４ 制御部
１５ データ取得部
１６ 判定基準塵埃量設定部
１７ 塵埃量予測部
１８ 塵埃量判定部
１９ ダンパ制御部
２０ 計測部
２１ データベース

Claims (6)

1. 外気に含まれる塵埃を除去する第１フィルタと、
   外気に含まれる塵埃を除去し、前記第１フィルタよりも塵埃除去率が高い第２フィルタと、
   前記第１フィルタを利用する場合に開けられる第１ダンパと、
   前記第２フィルタを利用する場合に開けられる第２ダンパと、
   前記第１ダンパ及び前記第２ダンパの開度を制御する制御部とを備え、
   前記制御部が、塵埃量の時系列データから予測した将来の塵埃量に基づいて前記第１ダンパ及び前記第２ダンパの開度を制御することを特徴とする塵埃制御システム。
2. 前記制御部は、塵埃量の時系列データに含まれる塵埃量及び大気物性量に基づいて前記将来の塵埃量を予測することを特徴とする、請求項１に記載の塵埃制御システム。
3. 前記制御部は、塵埃量の時系列データに含まれる塵埃量、風速及び湿度に基づいて前記将来の塵埃量を予測することを特徴とする、請求項１又は２に記載の塵埃制御システム。
4. 前記制御部は、ステップワイズ法及び重回帰モデルを用いて前記将来の塵埃量を予測することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の塵埃制御システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の塵埃制御システムと、
   前記塵埃制御システムの前記第１フィルタ又は前記第２フィルタを介して取り込まれた外気を、電子機器へ向けて送風するファンとを備えることを特徴とする冷却システム。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の塵埃制御システムと、
   電子機器と、
   前記塵埃制御システムの前記第１フィルタ又は前記第２フィルタを介して取り込まれた外気を、前記電子機器へ向けて送風するファンとを備えることを特徴とする情報処理システム。

Images