JP2016109311A - 空調制御装置及び空調制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最適な冷却システムの運用を課題とする。【解決手段】コールドアイル６及びホットアイル７を有する部屋において、機器４を冷却するため設置されている複数の冷却装置３を制御する制御装置１であって、コールドアイル６の余剰風量とホットアイル７の余剰風量との和が最小となる各冷却装置３の運転状態の組み合わせを算出する運転状態探索部と、算出した冷却装置３の運転状態となるよう、各冷却装置３を制御する冷却装置制御部と、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、サーバルームの空調を制御する空調制御装置及び空調制御方法の技術に関する。

サーバルームには、コンピュータやサーバ等の電子機器（以下、機器と称する）が集約された状態で多数設置され、これらの機器が昼夜にわたって連続稼働している。サーバルームにおける機器の設置は、ラックマウント方式が主流になっている。ラックマウント方式は、機器を機能単位別に分割して収納するラック（筺体）を、キャビネットに段積みする方式であり、かかるキャビネットがサーバルームの床上に多数整列配置されている。ラックに収納されている機器は前面から低温空気を吸い込み、機器の内部を冷却して背面から高温空気を排気するものが一般的である。

これらの機器は、高温状態になるとシステム停止等のトラブルを引き起こすおそれがあるため、冷却装置によって機器から排気された高温空気を冷却することで、サーバルームは、一定の温度環境に管理されている。

さらに、サーバルームでは、このようなラック列が、隣接する列の吸込面同士及び排気面同士を対向させて複数列配置される。つまり、通路（空間）を挟んで吸込み口同士が対面し、排気口同士が対面するように配置されている。吸込面同士で挟まれた空間は冷却装置で冷却した低温空気が供給されることからコールドアイルと呼ばれる。同様に、排気面同士で挟まれた空間は機器からの高温排気が供給されることからホットアイルと呼ばれている。

従来におけるサーバルームの空調方式では、機械室又はサーバルーム壁際に設置された大型の冷却装置で冷却された低温空気をサーバルームの二重床空間を介してコールドアイルに供給する床吹出し方式が一般的である。しかし、近年では、機器の処理速度や、機器の処理能力の急激な上昇に伴い機器の発熱量が増大し、冷却負荷が増大していることから、冷却システムの省エネ（省エネルギ）化が求められている。そのため、ラック列に配置するラック型の冷却装置やラック近傍の天井に設置する天吊型の冷却装置により局所的に機器の冷却を行う局所冷却方式を採用するケースが増加している。

このような局所冷却方式では、二重床空間を介さずに冷却した空気をコールドアイルに供給することできるので、送風動力を削減できるだけでなく床下空間を小さくすることができる。一方、サーバルーム内に設置される機器は稼働後の増設や移設を見越して計画されることから、多くの場合、サーバルーム稼働時の熱負荷は計画した熱負荷よりも小さい。

それに対し、冷却装置はサーバルーム稼働後に増設することが困難であり、予め計画熱負荷を処理できる冷却装置を設置しておくケースが多い。
さらに、サーバルームの冷却システムでは、冷却装置が故障した場合、機器に供給される低温空気の温度が上昇し、機器を破損させる恐れがあるため、予備の冷却装置の設置が要求される。したがって、サーバルームの冷却装置は、熱負荷に対して過剰に設置されており、冷却装置を最適な組み合わせで運転しなければ、過剰運転により省エネ性が損なわれる恐れがある。また、機器の増設時や冷却装置の故障時等に冷却装置の運転を切り替える場合、コールドアイル及びホットアイルの風量バランスが崩れ、機器が高温空気を吸い込み、機器が破損してしまう恐れがある。

このような背景から、局所冷却方式により機器を冷却する場合の冷却装置の最適運転方法について様々な技術が開示されている。例えば、特許文献１に記載の空調システムは、天吊型の冷却装置による局所冷却方式と床吹出し方式を併用したシステムである。特許文献１に記載の空調システムは、機器のベース熱負荷を床吹出し方式で冷却し、それ以外の熱負荷を局所冷却により冷却する。局所冷却では、冷却装置の出入口空気の温度差が測定され、測定温度差に応じて冷却装置の風量を変えることで機器の熱負荷に応じた冷却運転を行うことができる。

また、例えば、特許文献２に記載の空調システムは、ラック型の冷却装置による局所冷却方式と床吹出し方式を併用したシステムである。特許文献２に記載の空調システムは、ホットアイル及びコールドアイルをアイル毎に間仕切るのではなく、ホットアイル同士及びコールドアイル同士を連通するように間仕切る構成としている。このようにすることで、特許文献２に記載の空調システムは、ラック型冷却装置が故障した場合にも静圧差により自動的に風量のバランスを保つことができる。

特開２０１２−０９２９９９号公報 特開２０１４−１５６９８１号公報

しかし、各冷却装置の運転状態を変えると、コールドアイル及びホットアイルの風量バランスが崩れる可能性がある。その場合、ホットアイルの高温空気が他のアイルへ流出し、機器が高温空気を吸い込んでしまうおそれがある。また、特許文献２に記載の冷却システムのように、局所冷却方式と床吹出し方式を併用する場合、低温空気をコールドアイルに供給するための床下空間が必要となる。これにより、特許文献２に記載の冷却システムは、イニシャルコストが高くなるだけでなく、局所冷却方式と床吹出し方式との併用運転中は局所冷却方式のみで冷却運転を行った場合に比べて省エネ性が損なわれるおそれがある。

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、最適な冷却システムの運用を課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、コールドアイルとホットアイルとにおける余剰風量の和が最小となる複数の冷却装置の運転状態を選定することを特徴とする。
その他の解決手段については、実施形態中において記載する。

本発明によれば、最適な冷却システムの運用が可能となる。

第１実施形態に係る冷却システムの構成例における上面模式図である。 第１実施形態に係る制御装置の構成例を示す図である。 第１実施形態に係る冷却装置の最適運転状態の選定処理の手順を示すフローチャートである。 サーバルームの構成を一般化した図である。 サーバルームにおける風量の関係を示す図である。 コールドアイル及びホットアイルにおける風量収支を示す図である。 第１実施形態に係る冷却システムの別の構成例を示す図である。 第１実施形態に係る冷却システムの別の構成例において、冷却装置に故障が発生したときを示す図である。 第２実施形態に係る冷却システムの上面模式図である。 第２実施形態に係る冷却システムの斜視図である。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
（システム構成）
図１は、第１実施形態に係る冷却システムの構成例における上面模式図である。
本実施形態に係る冷却システム１０には、図１に示すように、前面から低温空気を吸い込み、背面から高温空気を排気する機器４を収納しているラック５が複数設置されている。また、冷却装置３はラック型冷却装置であり、ラック５の近傍に配置され、ラック５内におけるサーバ等の機器４を局所的に冷却している。以下、紙面縦方向を列と称する。図１において、図が煩雑になるのを防ぐため、機器４は１つしか示していないが、実際には複数の機器４が、各ラック５内に収納されている。
機器４を収納しているラック５及び冷却装置３は、部屋であるサーバルーム１１内に設置されている。

一続きになっているラック５の列をラック列２と称する。なお、ラック列２には、冷却装置３が含まれている。同じ列では同方向となる配置されるとともに、ラック列２において、各ラック５（機器４）は、吸込面及び排気面が同方向を向くよう配置されている。また、ラック列２同士は、ラック５の吸込面同士及び排気面同士が対向するよう配置される。これにより、吸込面同士で挟まれた空間がコールドアイル６となり、排気面同士で挟まれた空間がホットアイル７となる。なお、図１では、高温空気を黒矢印、低温空気を白矢印で示している。
冷却装置３は、ホットアイル７の高温空気を吸い込んで、この高温空気を冷却し、コールドアイル６に低温空気を供給する。

また、冷却システム１０には各冷却装置３の運転状態からコールドアイル６とホットアイル７の風量を演算し、最適な冷却装置３の運転状態を探索する制御装置（空調制御装置１が設置されている。

制御装置１は、破線で示されるように各冷却装置３に接続されており、冷却装置３による風量のバランスが適切となるように冷却装置３の運転状態を制御する。
なお、図１における一点鎖線はサーバルーム１１の壁を示している。

（制御装置の構成）
図２は、第１実施形態に係る制御装置の構成例を示す図である。適宜、図１を参照する。
制御装置１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ１１０、ＣＰＵ (Central Processing Unit) １２０、ＨＤ（Hard Disk）等の記憶装置１３０及び送受信装置１４０を有している。
記憶装置１３０に格納されているプログラムが、メモリ１１０に展開され、ＣＰＵ１２０によって実行されることで、処理部１１１が具現化しているとともに、処理部１１１を構成する運転状態選定部１１２、風量収支算出部１１３、運転係数算出部１１４、最適運転状態選定部１１５及び冷却装置制御部１１６が具現化している。

運転状態選定部（運転状態探索部）１１２は、冷却装置３の運転状態を選定する。
風量収支算出部（運転状態探索部）１１３は、運転状態選定部１１２が選定した冷却装置３の運転状態において、各コールドアイル６及び各ホットアイル７における吸込風量及び排出風量の収支である風量収支を算出する。
運転係数算出部（運転状態探索部）１１４は、風量収支算出部１１３が算出した風量収支に基づいて運転係数を算出する。
最適運転状態選定部（運転状態探索部）１１５は、算出した運転係数が最も小さい冷却装置３の運転状態を選定する。
冷却装置制御部１１６は、最適運転状態選定部１１５が選定した冷却装置３の運転状態となるよう、各冷却装置３を制御する。

（フローチャート）
図３は、第１実施形態に係る冷却装置の最適運転状態の選定処理の手順を示すフローチャートである。適宜、図１及び図２を参照する。
まず、運転状態選定部１１２は、冷却装置３の運転状態の組み合わせを１つ選定する（Ｓ１０１）。
次に、風量収支算出部１１３は、各ラック列２においてラック５に格納されている機器４が吸い込む風量と、機器４が排出する風量との総和である機器総風量を算出する（Ｓ１０２）。ステップＳ１０２の処理は、後記して説明する。
そして、風量収支算出部１１３は、各ラック列２において冷却装置３が吸い込む風量と、冷却装置３が排出する風量との総和である冷却装置総風量を算出する（Ｓ１０３）。ステップＳ１０３の処理は、後記して説明する。

続いて、風量収支算出部１１３は、算出した機器総風量及び冷却装置総風量を基に、コールドアイル６における風量の収支であるコールドアイル風量収支を算出する（Ｓ１０４）。
そして、風量収支算出部１１３は、算出した機器総風量及び冷却装置総風量を基に、ホットアイル７における風量の収支であるホットアイル風量収支を算出する（Ｓ１０５）。ステップＳ１０４及びステップＳ１０５の処理は後記して説明する。

次に、運転係数算出部１１４は、ステップＳ１０４で算出したコールドアイル風量収支及びステップＳ１０５で算出したホットアイル風量収支を基に、運転係数を算出する（Ｓ１０６）。ステップＳ１０６の処理は後記して説明する。運転係数の算出後、運転係数算出部１１４は算出した運転係数を、処理対象となっている冷却装置３の運転状態の組み合わせの情報とともに記憶装置１３０に一次保存する。

続いて、運転状態選定部１１２は、冷却装置３の運転状態のすべての組み合わせについて運転係数の算出が完了したか否かを判定する（Ｓ１０７）。
ステップＳ１０７の結果、すべての組み合わせについて運転係数の算出が完了していない場合（Ｓ１０７→Ｎｏ）、運転状態選定部１１２はステップＳ１０１へ処理を戻す。
ステップＳ１０７の結果、すべての組み合わせについて運転係数を算出している場合（Ｓ１０７→Ｙｅｓ）、最適運転状態選定部１１５が、運転係数が最も小さい運転状態である最適運転状態を選定する（Ｓ１０８）。
そして、冷却装置制御部１１６は、最適運転状態選定部１１５が選定した冷却装置３の運転状態となるよう、各冷却装置３を制御する（Ｓ１０９）。具体的には、冷却装置制御部１１６が、ステップＳ１０８で選定された最適運転状態となるよう、各冷却装置３のＯＮ・ＯＦＦを制御したり、風量を調整したりする。

以下、制御装置１による最適運転状態の選定処理について詳細に説明する。適宜、図１及び図２を参照する。
図４は、風量算出の説明のため、図１に示すサーバルームの構成を一般化した図である。
なお、図４では機器４（図１）が収納されているラック５と冷却装置３との区別を図示省略している。

（機器総風量及び冷却装置総風量の算出）
まず、図３のステップＳ１０２における機器総風量の算出及びステップＳ１０３における冷却装置総風量の算出について、図４及び図５を参照して、詳細に説明する。
図４に示すように、各ラック列２は（ｎ，ｍ）で位置が示されている。このうち、ｎは紙面上下方向に対する位置を示している。すなわち、紙面上方から・・・ｎ−１，ｎ，ｎ＋１・・・となる。また、ｍは紙面左右方向に対する位置を示している。すなわち、紙面左方向から・・・ｍ−１、ｍ、ｍ＋１・・・となる。なお、ｎを行、ｍを列と称することがある。行及び列の総数は、Ｎ×Ｍであるものとする。

コールドアイル６及びホットアイル７も同様に（ｎ，ｍ）で位置が示されている。コールドアイル６及びホットアイル７においても、ｎは紙面上下方向に対する位置を示しており、ｍは紙面左右方向に対する位置を示している。
紙面上下方向に関しては、ｎの値が１つずつ変化しているが（・・・ｎ−１，ｎ，ｎ＋１・・・）、紙面左右方向に関しては、コールドアイル及６びホットアイル７が交互に配置されているため２つずつ変化している（・・・ｍ、ｍ＋２・・・）。

図５は、図４に示すサーバルームにおける風量の関係を示す図である。
ここで、ラック列（ｎ，ｍ）に注目すると、ラック列（ｎ，ｍ）における機器４がコールドアイル（ｎ，ｍ）から低温空気を吸い込み、ホットアイル（ｎ，ｍ）へ高温空気を排出する。これを、機器総風量Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ}とする。すなわち、Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ}は、あるラック列２におけるラック５に収納されているすべての機器４が吸入及び排出する空気の風量である。

また、ラック列（ｎ，ｍ）における冷却装置３がホットアイル（ｎ，ｍ）から高温空気を吸い込み、コールドアイル（ｎ，ｍ）へ低温空気を排出する。これを、冷却装置総風量Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ}とする。すなわち、Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ}は、あるラック列２におけるすべての冷却装置３が吸入及び排出する空気の風量である。なお、コールドアイル（ｎ，ｍ）におけるｑ_ｎ，ｍ及びｑ_{ｎ＋１，ｍ}については後記する。
風量収支算出部１１３は、すべてのラック列２に対して、Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ}及びＱ_{ｋ，ｎ，ｍ}を算出する。

このような機器総風量及び冷却装置総風量は、予め入力されている各機器４のスペックや、冷却装置３のスペック等を基に、風量収支算出部１１３によって算出される。
ここまでが、図３におけるステップＳ１０２及びステップＳ１０３の処理である。

（コールドアイル風量収支及びホットアイル風量収支の算出）
次に、図３のステップＳ１０４におけるコールドアイル風量収支の算出及びステップＳ１０５におけるホットアイル風量収支の算出について詳細に説明する。
制御装置１の風量収支算出部１１３は、各ラック列２に隣接するコールドアイル６及びホットアイル７毎に風量収支の算出を行う。
すなわち、風量収支算出部１１３は、各コールドアイル６に隣接するラック列２の機器総風量及び冷却装置総風量を基に、各コールドアイル６の風量収支を算出する。同様に、風量収支算出部１１３は、各ホットアイル７に隣接するラック列２の機器総風量及び冷却装置総風量を基に、各ホットアイル７の風量収支を算出する。

このことを、図６を参照して説明する。
（コールドアイル風量収支）
図６（ａ）は、図５のコールドアイル（ｎ，ｍ）における風量収支を示す図である。
図６（ａ）において、Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ−１}は、コールドアイル（ｎ，ｍ）からラック列（ｎ，ｍ−１）における機器４が吸い込む低温空気の風量である。また、Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ}は、コールドアイル（ｎ，ｍ）からラック列（ｎ，ｍ）における機器４が吸い込む低温空気の風量である。

そして、Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ−１}は、ラック列（ｎ，ｍ−１）における冷却装置３がコールドアイル（ｎ，ｍ）へ排出する低温空気の風量である。同様に、Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ}は、ラック列（ｎ，ｍ）における冷却装置３がコールドアイル（ｎ，ｍ）へ排出する低温空気の風量である。

また、ｑ_ｎ，ｍは、コールドアイル（ｎ，ｍ）に隣接するコールドアイル（ｎ−１，ｍ）との間でやりとりされる低温空気の風量である。同様に、ｑ_{ｎ＋１，ｍ}は、コールドアイル（ｎ，ｍ）に隣接するコールドアイル（ｎ＋１，ｍ）との間でやりとりされる低温空気の風量である。

コールドアイル（ｎ，ｍ）における風量収支Ｑ_{C，ｎ，ｍ}は、コールドアイル（ｎ，ｍ）に隣接するラック列（ｎ，ｍ−１）及びラック列（ｎ，ｍ）に対する機器総風量及び冷却装置総風量の総和であるので、以下の式（１）で表される。

Ｑ_{C，ｎ，ｍ}＝Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ−１}＋Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ}−Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ−１}−Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ} ・・・ （１）

ここで、コールドアイル（ｎ，ｍ）に流入する空気の風量を正、コールドアイル（ｎ，ｍ）から流出する空気の風量を負としている。
コールドアイル（ｎ，ｍ）における風量の過不足分は、燐接するラック列（ｎ−ｌ、ｍ）及びラック列（ｎ＋１、ｍ）との間でやり取りされる低温空気の風量となる。従って、式（１）は、コールドアイル（ｎ，ｍ）とコールドアイル（ｎ−１，ｍ）との間でやりとりされる低温空気の風量ｑ_ｎ，ｍ、及び、コールドアイル（ｎ，ｍ）とコールドアイル（ｎ＋１，ｍ）との間でやりとりされる低温空気の風量ｑ_{ｎ＋１，ｍ}を考慮して、以下の式（２）のように表わされる。

Ｑ_{C，ｎ，ｍ}＝ｑ_ｎ，ｍ＋ｑ_{ｎ＋１，ｍ}
＝Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ−１}＋Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ}−Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ−１}−Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ} ・・・ （２）

（ホットアイル風量収支）
次に、ホットアイル７における風量収支について説明する。
図６（ｂ）は、図５のホットアイル（ｎ，ｍ）における風量収支を示す図である。
図６（ｂ）において、Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ}は、ラック列（ｎ，ｍ）における機器４がホットアイル（ｎ，ｍ）へ排出する高温空気の風量である。また、Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ＋１}は、ラック列（ｎ，ｍ）における機器がホットアイル（ｎ，ｍ）へ排出する高温空気の風量である。

そして、Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ}は、ラック列（ｎ，ｍ）における冷却装置３がホットアイル（ｎ，ｍ）から吸い込む高温空気の風量である。同様に、Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ＋１}は、ラック列（ｎ，ｍ＋１）における冷却装置３がホットアイル（ｎ，ｍ）から吸い込む高温空気の風量である。

ホットアイル（ｎ，ｍ）における風量収支Ｑ_{Ｈ，ｎ，ｍ}は、ホットアイル（ｎ，ｍ）に隣接するラック列（ｎ，ｍ）及びラック列（ｎ，ｍ＋１）に対する機器総風量及び冷却装置総風量の総和であるので、以下の式（３）で表される。

Ｑ_{Ｈ，ｎ，ｍ}＝Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ}＋Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ＋１}−Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ}−Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ−１} ・・・ （３）

なお、ホットアイル（ｎ，ｍ）に流入する空気の風量を正、ホットアイル（ｎ，ｍ）から流出する空気の風量を負としている。
ここで、ホットアイル７に供給される風量が、ホットアイル７から排出される風量より過剰であると、高温空気の風量がコールドアイル６に流出し、機器４が高温空気の風量を吸い込むおそれがある。従って、ホットアイル（ｎ，ｍ）における風量収支Ｑ_{Ｈ，ｎ，ｍ}は以下の式（４）の条件を満たさなくてはならない。

Ｑ_{Ｈ，ｎ，ｍ}＝Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ}＋Ｑ_{ｊ，ｎ，ｍ＋１}−Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ}−Ｑ_{ｋ，ｎ，ｍ−１}≦０ ・・・ （４）

ここまでが、図３におけるステップＳ１０４及びステップＳ１０５の処理である。
なお、Ｑ_{ｊ，ｎ，０}、Ｑ_{ｊ，ｎ，Ｍ}、Ｑ_{ｊ，０，ｍ}、Ｑ_{ｊ，Ｎ，ｍ}、Ｑ_{ｋ，ｎ，０}、Ｑ_{ｋ，ｎ，Ｍ}、Ｑ_{ｋ，０，ｍ}、Ｑ_{ｋ，Ｎ，ｍ}、ｑ_１、ｍ、ｑ_{Ｎ＋１，ｍ}は、サーバルーム１１の壁における風量となり、いずれも値は０である。

（運転係数算出及び最適運転状態選定）
次に、図３のステップＳ１０６における運転係数の算出及びステップＳ１０８における最適運転状態の選定について詳細に説明する。
運転係数算出部１１４は、算出された各コールドアイル６及び各ホットアイル７で算出された風量収支から余剰風量を表す運転係数を算出し、運転係数が最小となる冷却装置３の状態の組み合わせを選定する。

ラック列２がＮ×Ｍの構成を有しているとすると、最適な冷却運転を行う場合、コールドアイル６の風量収支は、ラック列（１，ｍ）からラック列（Ｎ，ｍ）までの総和が最小になり、かつ、その絶対値は、ラック列（ｎ，１）からラック列（ｎ，Ｍ）までの総和が最小になることが必要である。
従って、コールドアイル６における運転係数は、以下の式（５）で表わされるコールドアイル運転係数θ_Ｃが最小となる冷却装置３の運転状態である。

なお、Ｑ_{Ｃ，ｎ，２ｓ}＝０（ｓ＝１，２，・・・）である。
式（５）は、コールドアイル６が連なっている列において、コールドアイル６における風量収支を加算し、加算した結果の絶対値を、列毎に加算したものである。
また、最適な冷却運転を行う場合、ホットアイル７の風量収支は、ラック列（１，ｍ）からラック列（Ｎ，ｍ）までの絶対値の総和が最小になり、かっ、ラック列（ｎ，１）からラック列（ｎ，Ｍ）までの総和が最小になることが必要である。
従って、ホットアイル７における運転係数は、以下の式（６）で表わされるホットアイル運転係数θ_Ｈが最小となる冷却装置３の運転状態である。

なお、Ｑ_{Ｈ，ｎ，２ｓ}＝０（ｓ＝１，２，・・・）である。
式（６）は、各ホットアイル７における風量収支の絶対値の総和である。
ちなみに、各運転係数θ_Ｃ，θ_Ｈは、コールドアイル６及びホットアイル７における余剰風量である。
運転係数算出部１１４は、式（５）によるコールドアイル運転係数θ_Ｃと、式（６）によるホットアイル運転係数θ_Hの和である式（７）で表される運転係数θを算出する。

θ＝θ_Ｃ＋θ_Ｈ ・・・ （７）

具体的には、運転係数算出部１１４は、各冷却装置３の稼働状態の組み合わせに関する機器風量、冷却装置風量を基に、コールドアイル運転係数θ_Ｃ、ホットアイル運転係数θ_Ｈ及び運転係数θを算出する。そして、最適運転状態選定部１１５が、図３のステップＳ１０８において、運転係数θが最小となるような冷却装置３の稼働状態の組み合わせを特定する。
このようにして、制御装置１は、最適な冷却装置３の稼働状態を探索し、選定する。

ここで、運転係数の算出を行う際に使用する機器４の風量や、冷却装置３の風量は実際の運転風量を測定して使用してもよいし、消費電力や空気温度を測定して風量を予測して使用してもかまわない。また、機器４及び冷却装置３の定格風量値を使用して、運転係数を算出してもかまわない。
また、運転係数θが最小値となる冷却装置３の運転状態の探索は、遺伝的アルゴリズムや、局所探索法や、ニューラルネットワーク等の最適化アルゴリズムが用いられてもよい。このような最適化アルゴリズムを用いることで、冷却装置３のすべての運転状態について運転係数θが算出される必要がなくなる。

なお、冷却装置３が「ＯＮ」、「ＯＦＦ」の２状態しか稼働状態がない場合は、どの冷却装置３を「ＯＮ」にし、どの冷却装置３を「ＯＦＦ」にすれば、運転係数θを最小にできるかを最適運転状態選定部１１５が探索する。
冷却装置３が、稼働状態を「強」から「弱」の間で段階的に調節できるのであれば、運転係数算出部１１４は、各冷却装置３をどのような稼働状態にすれば、運転係数θを最小にできるかを算出する。
ここまでが、図３におけるステップＳ１０６及びステップＳ１０８の処理である。

本実施形態によれば、コールドアイル６とホットアイル７との風量バランスを崩すことなく省エネを実現した冷却運転が可能となる。
また、局所冷却の構成で、省エネを実現したサーバルーム１１全体の空調が可能となるので、イニシャルコストを低減することができる。

さらに、風量収支算出部１１３が、コールドアイル６とホットアイル７とに流入する風量を正とし、コールドアイル及びホットアイルから流出する風量を負として、コールドアイル及びホットアイルにおける流入風量及び排出風量の総和である風量収支をコールドアイル及びホットアイル毎に算出する。
そして、運転係数算出部１１４が、コールドアイルが連なっている列において、コールドアイルにおける風量収支を加算し、加算した結果の絶対値を、列毎に加算したものをコールドアイル運転係数（θ_Ｃ：コールドアイル６の余剰風量）として算出する。また、運転係数算出部１１４は、各ホットアイルにおける風量収支の絶対値の総和をホットアイル運転係数（θ_Ｈ：ホットアイル７の余剰風量）として算出する。
さらに、運転状態選定部１１５が、コールドアイル運転係数及びホットアイル運転係数を加算したものを運転係数（θ）として算出し、該運転係数が最も小さくなる冷却装置の運転状態を探索（選定）する。
このようにすることで、最適な運転状態の探索（選定）を定量的に行うことができる。

（冷却装置が故障した場合）
冷却装置３が故障した場合、コールドアイル６の温度上昇により機器４の故障を引き起こすおそれがある。従って、図７に示すように、コールドアイル６の温度上昇による機器４の故障を防ぐために冷却装置３の予備機（以下、予備冷却装置３ａと称する）が設置される。
予備冷却装置３ａは、ホットアイル７に隣接する２列のラック列２を１区画とした場合に、１区画に少なくとも１台設置されるのが好ましい。

図８に示すように、冷却装置３１（３）が１台故障した場合、故障した冷却装置３と同一区画内に設置されている予備冷却装置３２（３ａ）が運転されることが多い。このような場合、運転している冷却装置３の配置が変わり、コールドアイル６の風量バランスが崩れてしまうおそれがある。本実施形態によれば、前記した方法で運転係数θが最小となる冷却装置３と予備冷却装置３ａの運転状態の組み合わせを算出することで、最適な運転状態を保つことができる。これにより、冷却システム１０の信頼性を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
図９は第２実施形態に係る冷却システムの上面模式図であり、図１０は第２実施形態に係る冷却システムの斜視図である。
図９及び図１０に示すように、冷却システム１０ａでは各ラック５の上部に天吊型の冷却装置８が設置されている。各ラック５の内部には機器４（図１）が収納されている。図９及び図１０に示すように、天吊型の冷却装置８は、ホットアイル７（図１０）の上部を完全に覆った状態となっている。天吊型の冷却装置８は、ホットアイル７に向けて開口している開口部からホットアイル７の高温空気（図１０のドット矢印）を吸い込み、内部で冷却した後、コールドアイル６（図１０）側の開口部から低温空気（図１０の白矢印）を排出する。つまり、ある天吊型の冷却装置８が故障した場合、予め設置してある予備の天吊型の冷却装置が稼働するようにしてもよい。
なお、天吊型の冷却装置８も、第１実施形態と同様、ラック５に対して冗長となるよう設置されている。

第２実施形態では、制御装置１が前記した運転係数θを最小にする天吊型の冷却装置８の運転状態の組み合わせを算出することで、第１実施形態と同様、省エネを実現した冷却システム１０ａの運転や、天吊型の冷却装置８のいずれかが故障しても、最適な冷却システム１０ａの運転を可能とする。

なお、第２実施形態において、制御装置１の構成は図２と同様であり、また、最適運転状態の探索・選定も第１実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、前記した各構成、機能、各部１１１〜１１６、記憶装置１３０等は、それらの一部又はすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図２に示すように、前記した各構成、機能等は、ＣＰＵ等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、ＨＤに格納すること以外に、メモリや、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に格納することができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１ 制御装置（空調制御装置）
２ ラック列
３，３１ 冷却装置
３ａ，３２ 予備冷却装置
４ 機器
５ ラック
６ コールドアイル
７ ホットアイル
８ 天吊型の冷却装置
１０，１０ａ 冷却システム
１１，１１ａ サーバルーム（部屋）
１１１ 処理部
１１２ 運転状態選定部（運転状態探索部）
１１３ 風量収支算出部（運転状態探索部）
１１４ 運転係数算出部（運転状態探索部）
１１５ 最適運転状態選定部（運転状態探索部）
１１６ 冷却装置制御部

Claims (7)

1. コールドアイル及びホットアイルを有する部屋において、機器を冷却するため設置されている複数の冷却装置を制御する空調制御装置であって、
   前記コールドアイルの余剰風量と前記ホットアイルの余剰風量との和が最小となる各冷却装置の運転状態の組み合わせを算出する運転状態探索部と、
   前記算出した冷却装置の運転状態となるよう、各冷却装置を制御する冷却装置制御部と、
   を有することを特徴とする空調制御装置。
2. 前記運転状態探索部は、
   前記コールドアイル及び前記ホットアイルに流入する風量を正とし、前記コールドアイル及び前記ホットアイルから流出する風量を負として、前記コールドアイル及び前記ホットアイルにおける流入風量及び排出風量の総和である風量収支を前記コールドアイル及び前記ホットアイル毎に算出し、
   前記コールドアイルが連なっている列において、前記コールドアイルにおける風量収支を加算し、前記加算した結果の絶対値を、前記列毎に加算したものを、前記コールドアイルの余剰風量であるコールドアイル運転係数として算出し、
   各ホットアイルにおける風量収支の絶対値の総和を、前記ホットアイルの余剰風量であるホットアイル運転係数として算出し、
   前記コールドアイル運転係数と前記ホットアイル運転係数とを加算したものを運転係数として算出し、該運転係数が最も小さくなる冷却装置の運転状態を探索する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空調制御装置。
3. 前記運転状態探索部は、
   前記冷却装置に故障が発生すると、前記コールドアイルの余剰風量と前記ホットアイルの余剰風量との和が最小となる冷却装置の運転状態の組み合わせを算出する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空調制御装置。
4. 前記運転状態探索部は、
   前記冷却装置に故障が発生すると、予備冷却装置を稼働させた状態における、前記コールドアイルの余剰風量と前記ホットアイルの余剰風量との和が最小となる冷却装置の運転状態の組み合わせを算出する
   ことを特徴とする請求項３に記載の空調制御装置。
5. 前記冷却装置は、ラック型冷却装置である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の空調制御装置。
6. 前記冷却装置は、天吊型の冷却装置である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の空調制御装置。
7. コールドアイル及びホットアイルを有する部屋において、機器を冷却するため設置されている複数の冷却装置を制御する空調制御装置の空調制御方法であって、
   前記コールドアイルの余剰風量と前記ホットアイルの余剰風量との和が最小となる各冷却装置の運転状態の組み合わせを算出し、
   前記算出した冷却装置の運転状態となるよう、各冷却装置を制御する
   ことを特徴とする空調制御方法。

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