JP2017062109A - 台数制御装置および台数制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】データセンタ等における空調機群運転時の低騒音化に好適な空調機台数制御技術を提供する。【解決手段】夜間時間帯の場合には、低騒音化を図るべく消音器付室外機（Ａ群）優先運転モードとなる。具体的には、現在冷房負荷Ｌ（ｔ）が消音器付室外機Ａｉの総冷房出力Ｗａ以下の場合には冷房負荷に見合うよう、順次、室外機Ａｉ（ｉ＝１，２、・・・）を定格出力ｗａで起動していく（図３：Ｌ１）。Ｌ（ｔ）＞Ｗａの場合には、全ての室外機Ａｉを定格出力で運転し、さらに冷房負荷に見合うよう、順次、室外機Ｂｊ（ｊ＝１，２、・・・）を定格出力ｗｂで起動していく（図３：Ｌ２）。また、現在時刻が夜間時間帯でない場合には、省エネ性向上を図るべく消音器なし室外機（Ｂ群）優先運転モードとなる。【選択図】 図３

Description

本発明は、特に、データセンタ等における空調機群運転時の低騒音化に好適な台数制御装置および台数制御方法に関する。

近年、情報通信技術の進展に伴い、ＩＣＴ装置の高速化、大容量化、高密度化が急速に進み、データセンタ（以下、適宜、ＤＣと略記する）においてＩＣＴ装置冷却のための多数の空調機を必要としている。これに伴い空調屋外機、例えば屋外に置かれる空冷チラー（以下、室外機と総称）の冷却部送風機騒音が問題となっており、データセンタにおける空調システムの低騒音化が求められている。

室外機の低騒音化に関しては、冷却部に消音器（サイレンサー）を取り付けて吸音する技術が公知である。しかしながら、消音器取り付けにより換気抵抗が増大し、運転効率が低下するという問題がある。この問題を解決するため、吸音材取付位置を工夫して、吸音効果を維持しつつ圧力損失を最小にする消音器に関する技術も提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−１１７５３１号公報

しかしながら、消音器なし空調機と比較した場合効率低下は免れず、特に、多数の空調機を集中して設置するデータセンタにおいては、省エネルギーの観点から問題となる。さらに、データセンタにおいては信頼性確保の必要から、冗長設計に基づいて多くの予備機を備えており、全てに消音器を装着することは設備コストの観点からも問題となる。

これらのことから、特にデータセンタにおいて低騒音化と高効率運転の両立が求められている。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様に係る台数制御装置は、装置の冷却に用いられる複数の室外機の起動および停止を制御して前記室外機の運転台数を制御する台制御装置であって、前記複数の室外機のそれぞれについて、前記室外機による隣地への騒音影響度が記憶され、前記室外機を起動させる制御を行う際に、記憶された前記騒音影響度に基づいて停止している前記室外機の中から前記騒音影響度の少ない室外機を優先して起動させる起動制御を行うことを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る台数制御方法は、装置の冷却に用いられる複数の室外機の起動および停止を制御して前記室外機の運転台数を制御する台数制御方法であって、前記複数の室外機のそれぞれについて記憶された前記室外機による隣地への騒音影響度に基づいて、停止している前記室外機の中から前記騒音影響度の少ない室外機を選択し、当該選択した室外機を起動させることを特徴とする。

上記発明の第１の態様においては、前記起動制御を開始する前に所定の運転条件を満たすか否かを判定し、満たすと判定された場合に前記起動制御を行うことが好ましい。
上記発明の第１の態様において前記所定の運転条件は、前記起動制御を開始する時刻が夜間であることが好ましい。

上記発明の第１の態様において前記所定の運転条件は、運転時における前記室外機の騒音値が所定の基準値を超えている場合であることが好ましい。
上記発明の第１の態様においては、前記騒音影響度は前記室外機への消音器装着の有無に基づくものであり、前記消音器が装着された前記室外機は前記騒音影響度が小さく、前記消音器が装着されていない前記室外機は前記騒音影響度が大きいことが好ましい。

上記発明の第１の態様においては、前記騒音影響度は前記室外機から前記隣地の境界までの離隔距離に基づくものであり、前記隔離距離が長い前記室外機は前記騒音影響度が小さく、前記隔離距離が短い前記室外機は前記騒音影響度が大きいことが好ましい。

上記発明の第１の態様において前記室外機は、隣地への騒音影響度に応じたクラス分けがされ、前記クラス分けが、室外機への消音器装着の有無、及び、隣地境界からの室外機の離隔距離の組み合わせに基づくことが好ましい。

上記発明の第１の態様においては、前記複数の室外機のそれぞれについて前記室外機の冷房出力が更に記憶され、前記起動された室外機の前記冷房出力の合計が要求される冷房負荷以上となるまで起動する前記室外機の台数を増やす起動制御を行うことが好ましい。

上記発明の第１の態様においては、前記複数の室外機のそれぞれについて前記室外機の冷房出力が更に記憶され、前記起動制御を開始する時刻が夜間の場合において、前記起動された室外機の前記冷房出力の合計が要求される冷房負荷以上となるまで、第１ステップとして、消音器付室外機を１台ずつ順次、最大出力で起動させ、第２ステップとして、消音器なし室外機を１台ずつ順次、最大出力で起動させることが好ましい。

上記発明の第１の態様においては、前記複数の室外機のそれぞれについて前記室外機の冷房出力が更に記憶され、消音器付室外機及び消音器なし室外機が、ともにインバータ能力制御機能を備えた室外機であり、かつ、前記起動制御を開始する時刻が夜間の場合において、前記起動された室外機の前記冷房出力の合計が要求される冷房負荷以上となるまで、第１ステップとして、消音器付室外機を１台ずつ順次、最小出力で起動させ、第２ステップとして、消音器なし室外機を１台ずつ順次、最小出力で起動させ、第３ステップとして、消音器付室外機を１台ずつ順次、最大出力に至るまで能力制御し、第４ステップとして、消音器なし室外機を１台ずつ順次、最大出力に至るまで能力制御することが好ましい。

本発明の第１の態様に係る台数制御装置および第２の態様に係る台数制御方法によれば、多数の空調機を集中して設置するデータセンタにおいて、騒音問題を抑制することができる。また、効率も考慮した群制御とすることにより、省エネルギー化を図ることができる。

さらに、消音器装着の有無によりクラス分けを行う発明にあっては、消音器を装着する空調機数を最低限に抑えることができるため、設備コストの低減化を図ることが可能になる。

第一の実施形態に係る空調機群台数制御システム１の構成を示す図である。 第一の実施形態の台数制御フローを示す図である。 第一の実施形態の夜間時間帯における空調機起動順序を概念的に示す図である。 同上の昼間時間帯における空調機起動順序を概念的に示す図である。 第二の実施形態の台数制御フローを示す図である。 第二の実施形態の夜間時間帯における空調機群起動順序を概念的に示す図である。 同上の昼間時間帯における空調機起動順序を概念的に示す図である。 第二の実施形態における空調機群起動順序の別方式を概念的に示す図である。 第三の実施形態に係る空調機群台数制御システム３０の構成を示す図である。 第三の実施形態の台数制御フローを示す図である。

以下、本発明の各実施形態について、図１乃至１０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）
本実施形態は、運転時間帯により消音器付室外機（又は消音器なし室外機）を優先的に起動させる台数制御の態様に関する。

本実施形態に係るデータセンタにおける空調機群台数制御システム１は、図１に示すように、冷熱源として複数の消音器付室外機Ａｉ（ｉ＝１〜ｍ）と、複数の消音器なし室外機Ｂｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、を備えて構成されている。室外機Ａｉ群，室外機Ｂｊ群は、それぞれ消音器付又は消音器なし室外機の隣地境界からの許容隣接距離ｄ１以上、ｄ２以上となる位置に配設されている。各室外機で製造される冷熱は、冷媒配管２を介して機械室（図示せず）に循環供給される。

群ごとの室外機台数、定格冷房出力、総出力を表１の通りとする。なお、説明簡単化のため各室外機は全て同一出力としたが、室外機ごとに異なる出力であってもよい。

次に図２乃至４を参照して、本実施形態における室外機台数制御方法について説明する。制御開始に伴い、現在時刻が夜間時間帯（例えば２０：００〜８：００）か否かを判定する（Ｓ１０１）。

夜間時間帯の場合には（Ｓ１０１においてＹ）、低騒音化を図るべく消音器付室外機（Ａ群）優先運転モード（Ｓ１０２〜Ｓ１０６）となる。具体的には、まず現在冷房負荷Ｌ（ｔ）が消音器付室外機Ａｉの総冷房出力Ｗａ以下か否かを判定する（Ｓ１０２）。Ｗａ以下の場合には（Ｓ１０２においてＹ：図３のＬ１に該当）、冷房負荷Ｌ（ｔ）に見合うよう、順次、室外機Ａｉ（ｉ＝１，２，・・・）を定格出力ｗａで起動していく（Ｓ１０３）。

Ｓ１０２においてＮ、すなわちＬ（ｔ）＞Ｗａの場合には（図３のＬ２に該当）、全ての室外機Ａｉを定格出力で運転し（Ｓ１０４）、さらに冷房負荷に見合うよう、順次、室外機Ｂｊ（ｊ＝１，２，・・・）を定格出力ｗｂで起動していく（Ｓ１０５）。以上の制御を夜間時間帯が終了するまで繰り返し行う（Ｓ１０６）。

また、現在時刻が夜間時間帯でない場合には（Ｓ１０１においてＮ）、省エネ性向上を図るべく消音器なし室外機（Ｂ群）優先運転モード（Ｓ１０７〜Ｓ１１１）となる。具体的には、まず現在冷房負荷Ｌ（ｔ）が消音器なし室外機Ｂｊの総冷房出力Ｗｂ以下か否かを判定する（Ｓ１０７）。Ｗｂ以下の場合には（Ｓ１０２においてＹ：図４のＬ３に該当）、冷房負荷Ｌ（ｔ）に見合うよう、順次、室外機Ｂｊ（ｊ＝１，２，・・・）を定格出力ｗｂで起動していく（Ｓ１０８）。

Ｓ１０６においてＮ、すなわちＬ（ｔ）＞Ｗｂの場合には（図４のＬ４に該当）、全ての室外機Ｂｊを定格出力で運転し（Ｓ１０９）、さらに冷房負荷に見合うよう、順次、室外機Ａｉ（ｉ＝１，２，・・・）を定格出力ｗｂで起動していく（Ｓ１１０）。以上の制御を夜間時間帯に至るまで繰り返し行う（Ｓ１１１）。

なお、本実施形態では起動時の優先順位のロジックについて説明したが、運転停止時については、冷房負荷に応じて起動時とは逆に優先順位の低い空調機から順に停止させていくことになる。以下の実施形態においても同様である。

また、本実施形態では室外機Ａｉ、Ｂｊの起動順位を常にｉ＝１，２，・・・、ｊ＝１，２，・・・とする例を示したが、これに限らず、例えばローテーション方式で起動させる態様とすることもできる。以下の各実施形態においても同様である。

また、本実施形態では低騒音室外機の優先的起動の有無を、運転時間帯により判定する例を示したが、他の判定基準、例えば運転時における室外機近傍の騒音値に基づいて行う態様とすることもできる。以下の実施形態においても同様である。

（第二の実施形態）
次に図５を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態の構成は上述の実施形態と同一であるので、重複説明を省略する。本実施形態が上述の実施形態と異なる点は、各室外機Ａｉ、Ｂｊの起動制御方法である。すなわち、上述の実施形態では各室外機を最大出力で順次、稼働させていくのに対して、本実施形態では各室外機の起動を２段階で行っていることである。

本実施形態において、各室外機の最低出力、インバータによる出力制御範囲を表２の通りとする。その他の項目については表１と同一とする。

次に図５、６を参照して、本実施形態における室外機台数制御方法について説明する。制御開始に伴い、最初に現在時刻が夜間時間帯（例えば２０：００〜８：００）か否かを判定する（Ｓ２０１）。

夜間時間帯の場合には（Ｓ２０１においてＹ）、低騒音化を図るべくＡ群室外機を優先的に運転させるため、次に現在の冷房負荷Ｌ（ｔ）が消音器付室外機Ａｉの最小出力の総和Ｗａ'（＝Σｗａ'）以下か否かを判定する（Ｓ２０２）。Ｌ（ｔ）≦Ｗａ’の場合には（Ｓ２０２においてＹ）、冷房負荷Ｌ（ｔ）に対応して順次、室外機Ａｉ（ｉ＝１，２，・・・）を最小出力ｗａ'で起動していく（Ｓ２０３：図５のＬ６に該当）。

Ｓ２０２においてＮ、すなわちＬ（ｔ）＞Ｗａ'の場合には、次に冷房負荷Ｌ（ｔ）が室外機Ａｉ、室外機Ｂｊの最小出力の総和Ｗ'＝Ｗａ'＋Ｗｂ'以下か否かを判定する（Ｓ２０４）。

Ｌ（ｔ）≦Ｗ'の場合には（Ｓ２０４においてＹ）、全ての室外機Ａｉを最小出力で運転し、さらに冷房負荷Ｌ（ｔ）に対応して順次、室外機Ｂｊ（ｊ＝１，２，・・・）を最小出力ｗｂ'で起動していく（Ｓ２０５：図６のＬ７に該当）。

Ｓ２０４においてＮ、すなわちＬ（ｔ）＞Ｗ'の場合には、さらにＷ'に室外機Ａｉの最大出力合計値を加えた値（Ｗ'＋Ｗａ）以下か否かを判定する（Ｓ２０６）。
（Ｗ'＋Ｗａ）以下の場合には（Ｓ２０６においてＹ）、全ての室外機Ｂｊを最小出力で運転し、さらに冷房負荷に対応して順次、室外機Ａｉ（ｉ＝１，２，・・・）を最大出力に至るまでインバータ制御により能力制御していく（Ｓ２０７：図６のＬ８に該当）。

Ｓ２０６においてＮ、すなわちＬ（ｔ）＞（Ｗ'＋Ｗａ）の場合には、さらに室外機Ａｉ、Ｂｊの最大出力合計値（Ｗ）以下か否かを判定する（Ｓ２０８）。
Ｌ（ｔ）≦Ｗの場合には（Ｓ２０８においてＹ）、全ての室外機Ａｉを最大出力で運転し、さらに冷房負荷に対応して順次、室外機Ｂｊ（ｊ＝１，２，・・・）を最大出力に至るまでインバータ制御により能力制御していく（Ｓ２０９：図６のＬ９に該当）。Ｓ２０９においてＮ、すなわちＬ（ｔ）＞Ｗの場合には、全ての室外機Ａｉ、Ｂｊを最大出力で運転する（Ｓ２１０）。以上の制御を夜間時間帯が終了するまで繰り返し行う（Ｓ２１１）。

Ｓ２０１においてＮ，夜間時間帯でない場合には、室外機Ａｉ、Ｂｊを入れ替えて上述のフローと同様の制御を行う（Ｓ２１２〜Ｓ２２1）。この場合の起動順序は図７のように示される。

なお、本実施形態では、省エネ性向上と低騒音化の両立を図るべく、低負荷時の稼働台数を多くすることにより、可能な限り熱交換器有効面積を大きくする制御を採用している。このため、室外機Ａｉ最低出力→室外機Ｂｊ最低出力→室外機Ａｉインバータ制御→室外機Ｂｊインバータ制御の順に起動することとした。一方、低騒音化に特化して、図８に示すように室外機Ａｉ最低出力→室外機Ａｉインバータ制御→室外機Ｂｊ最低出力→室外機Ｂｊインバータ制御の順に起動させる制御を採用することもできる。

（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。本実施形態は隣地境界からの離隔距離を考慮した室外機の台数制御の態様に関する。

図９を参照して、本実施形態に係る空調機群台数制御システム３０は、敷地境界からの離隔距離（ｄ１乃至ｄ４）に対応して４つの室外機群（Ｃ１乃至Ｃ４）に分類している。各室外機群Ｃi（ｉ＝１〜４）には、それぞれ複数の室外機Ｃij（ｊ＝１〜ｋ）が配置されている。各室外機Ｃijの構成は、上述の実施形態の消音器なし室外機Ｂｊと同一である。

各室外機の台数、定格冷房出力を表１の通りとする。なお、説明簡単化のため各室外機は全て同一出力であるとしているが、全て同一出力としたが、室外機ごとに異なる出力であってもよい。

次に図１０を参照して、本実施形態における室外機台数制御方法について説明する。制御開始に伴い、最初に現在時刻が夜間時間帯（例えば２０：００〜８：００）か否かを判定する（Ｓ３０１）。

夜間時間帯の場合には（Ｓ３０１においてＹ）、低騒音化を図るべく距離優先運転モード（離隔距離大の室外機群から順に起動）が採用される。具体的には、まず現在の冷房負荷Ｌ（ｔ）が室外機群Ｃ１の総冷房出力Ｗ１以下か否かを判定する（Ｓ３０２）。これに該当する場合には（Ｓ３０２においてＹ）、冷房負荷Ｌ（ｔ）に対応して室外機Ｃ1j（ｊ＝１〜ｋ）を順次、最大出力ｗ１で起動していく（Ｓ３０３）。

Ｓ３０２においてＮ、すなわちＬ（ｔ）＞Ｗ１の場合には、さらにＬ（ｔ）がΣＷｉ（ｉ＝１〜２）以下か否かを判定する（Ｓ３０４）。これに該当する場合には（Ｓ３０４においてＹ）、全てのＣ１に加えて冷房負荷Ｌ（ｔ）に対応して順次、室外機Ｃ2jを定格出力ｗ１で起動していく（Ｓ３０５）。

このように冷房負荷Ｌ（ｔ）に対応して、室外機群Ｃ１→Ｃ２→Ｃ３→Ｃ４の順に室外機Ｃijを最大出力で起動させていく（Ｓ３０２〜３１０）。以上の制御を夜間時間帯が終了するまで繰り返し行う（Ｓ３１１）。

また、現在時刻が夜間時間帯でない場合には（Ｓ３０１においてＮ）、例えば累積運転時間の少ない室外機を優先、又は、ローテーション方式により選定し、冷房負荷Ｌ（ｔ）に対応して起動させる制御を行う（Ｓ３１２）。

なお、本実施形態では各群の室外機を、順次、最大出力で起動させていく例を示したが、第二の実施形態と同様に２段階で台数制御、すなわち、第１ステップとして負荷に対応して各群の室外機を最低出力で起動させ、第２ステップとして各群の室外機をインバータ出力制御により運転させる態様を採用することもできる。

本発明は、情報通信機械室（データセンタ）のみならず、低騒音化が求められる空調システムの台数制御として広く適用可能である。

１、３０・・・・空調機群台数制御システム
Ａｉ・・・・消音器付室外機
Ｂｊ、Ｃij・・・・消音器なし室外機

Claims (11)

1. 装置の冷却に用いられる複数の室外機の起動および停止を制御して前記室外機の運転台数を制御する台制御装置であって、
   前記複数の室外機のそれぞれについて、前記室外機による隣地への騒音影響度が記憶され、
   前記室外機を起動させる制御を行う際に、記憶された前記騒音影響度に基づいて停止している前記室外機の中から前記騒音影響度の少ない室外機を優先して起動させる起動制御を行うことを特徴とする台数制御装置。
2. 前記起動制御を開始する前に所定の運転条件を満たすか否かを判定し、満たすと判定された場合に前記起動制御を行うことを特徴とする請求項１記載の台数制御装置。
3. 前記所定の運転条件は、前記起動制御を開始する時刻が夜間であることを特徴とする請求項２記載の台数制御装置。
4. 前記所定の運転条件は、運転時における前記室外機の騒音値が所定の基準値を超えている場合であることを特徴とする請求項２記載の台数制御装置。
5. 前記騒音影響度は前記室外機への消音器装着の有無に基づくものであり、前記消音器が装着された前記室外機は前記騒音影響度が小さく、前記消音器が装着されていない前記室外機は前記騒音影響度が大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の台数制御装置。
6. 前記騒音影響度は前記室外機から前記隣地の境界までの離隔距離に基づくものであり、前記隔離距離が長い前記室外機は前記騒音影響度が小さく、前記隔離距離が短い前記室外機は前記騒音影響度が大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の台数制御装置。
7. 前記室外機は隣地への騒音影響度に応じたクラス分けがされ、
   前記クラス分けが、室外機への消音器装着の有無、及び、隣地境界からの室外機の離隔距離の組み合わせに基づくことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の台数制御装置。
8. 前記複数の室外機のそれぞれについて前記室外機の冷房出力が更に記憶され、
   前記起動された室外機の前記冷房出力の合計が要求される冷房負荷以上となるまで起動する前記室外機の台数を増やす起動制御を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の台数制御装置。
9. 前記複数の室外機のそれぞれについて前記室外機の冷房出力が更に記憶され、
   前記起動制御を開始する時刻が夜間の場合において、前記起動された室外機の前記冷房出力の合計が要求される冷房負荷以上となるまで、
   第１ステップとして、消音器付室外機を１台ずつ順次、最大出力で起動させ、
   第２ステップとして、消音器なし室外機を１台ずつ順次、最大出力で起動させる、
   ことを特徴とする請求項４に記載の台数制御装置。
10. 前記複数の室外機のそれぞれについて前記室外機の冷房出力が更に記憶され、
    消音器付室外機及び消音器なし室外機が、ともにインバータ能力制御機能を備えた室外機であり、かつ、前記起動制御を開始する時刻が夜間の場合において、前記起動された室外機の前記冷房出力の合計が要求される冷房負荷以上となるまで、
    第１ステップとして、消音器付室外機を１台ずつ順次、最小出力で起動させ、
    第２ステップとして、消音器なし室外機を１台ずつ順次、最小出力で起動させ、
    第３ステップとして、消音器付室外機を１台ずつ順次、最大出力に至るまで能力制御し、
    第４ステップとして、消音器なし室外機を１台ずつ順次、最大出力に至るまで能力制御する、
    ことを特徴とする請求項４に記載の台数制御装置。
11. 装置の冷却に用いられる複数の室外機の起動および停止を制御して前記室外機の運転台数を制御する台数制御方法であって、
    前記複数の室外機のそれぞれについて記憶された前記室外機による隣地への騒音影響度に基づいて、停止している前記室外機の中から前記騒音影響度の少ない室外機を選択し、
    当該選択した室外機を起動させることを特徴とする台数制御方法。