JP2018081344A - Air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、情報処理機器を収容する複数のラックが配置された空調対象室の温度を管理するための空調システムに関する。 The present invention relates to an air conditioning system for managing the temperature of an air conditioning target room in which a plurality of racks that accommodate information processing devices are arranged.
近年の情報通信技術の急速な進展に伴って、大規模なデータセンタなどが建設されている。このようなデータセンタでは、様々な機能を提供するサーバ装置やネットワークを構築するための通信機器といった情報処理機器を収容する複数のラックが整列配置される。 With the rapid development of information communication technology in recent years, large-scale data centers and the like are being constructed. In such a data center, a plurality of racks that accommodate information processing devices such as server devices that provide various functions and communication devices for constructing a network are arranged and arranged.
このようなデータセンタの空調システムとしては、冷却ユニットから供給される空調空気(冷気)が主として存在する「コールドアイル」と称される空間と、発生した排熱空気が主として存在する「ホットアイル」と称される空間とに分離し、これらの空間の間で空気を循環させるような構成が採用される。 As such an air conditioning system of a data center, a space called “cold aisle” in which conditioned air (cold air) supplied from a cooling unit mainly exists, and a “hot aisle” in which generated exhaust heat air mainly exists. A configuration is adopted in which air is circulated between these spaces.
データセンタ内に配置される情報処理機器を安定して動作させるために、データセンタ内は常に機器動作に適した温度に維持管理される。一方で、このようなデータセンタでは、温度の維持管理のために空調機器を連続動作させる必要があり、これに伴って、比較的多くの電力が消費される。 In order to stably operate information processing devices arranged in the data center, the data center is always maintained and managed at a temperature suitable for the device operation. On the other hand, in such a data center, it is necessary to continuously operate the air conditioner for temperature maintenance, and accordingly, a relatively large amount of power is consumed.
典型的には、冷却ユニットから供給される空調空気を床下空間を通じて冷却対象物であるラックへ供給するとともに、当該ラックから排出される排熱空間を天井空間を通じて回収するような構成が採用される。 Typically, a configuration is adopted in which conditioned air supplied from a cooling unit is supplied to a rack that is an object to be cooled through an underfloor space, and exhaust heat space discharged from the rack is recovered through a ceiling space. .
一方で、情報処理機器を確実に冷却するとともに、より効率的に冷却を行なうことで消費電力を低減させるための別の構成が提案されている。例えば、天井空間を多層化するようなアプローチが提案されている。 On the other hand, another configuration has been proposed for reliably cooling the information processing apparatus and reducing power consumption by performing cooling more efficiently. For example, an approach that multi-layers the ceiling space has been proposed.
例えば、特開2016−023874号公報(特許文献1)は、二重構造の天井を採用するとともに、そのような構造においてより消費電力を低減する空調システムの構成を開示する。 For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2006-023874 (Patent Document 1) discloses a configuration of an air conditioning system that employs a double-structure ceiling and further reduces power consumption in such a structure.
特開2013−047577号公報(特許文献2)は、外気冷房機からの冷気を計算機室の三重天井の空間経由で各コールドアイルへ供給する構成を開示する。 Japanese Patent Laying-Open No. 2013-047577 (Patent Document 2) discloses a configuration in which cool air from an outside air cooler is supplied to each cold aisle via a triple ceiling space of a computer room.
特開2012−017934号公報(特許文献3)は、天井裏空間をダクトの代用として用いても、1台の空調機で両ラック列の前方の天井に設けられた吹出口から空調空気を吹き出すことが可能なデータセンタを開示する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-017934 (Patent Document 3) blows out conditioned air from a blow-out opening provided on the ceiling in front of both rack rows with one air conditioner even when the ceiling back space is used as a substitute for a duct. A data center capable of being disclosed is disclosed.
特開2012−038100号公報(特許文献4)は、各ラックに対して十分な冷却効果を維持しつつも、ファン動力を削減し、省エネルギー性をより向上させたデータセンタを開示する。 Japanese Patent Laying-Open No. 2012-038100 (Patent Document 4) discloses a data center in which fan power is reduced and energy saving is further improved while maintaining a sufficient cooling effect for each rack.
特開2016−091524号公報(特許文献5)は、電子機器からの排気の一部を循環させる場合に、電子機器への吸気の温度を調整する構成を開示する。 Japanese Patent Laying-Open No. 2006-091524 (Patent Document 5) discloses a configuration for adjusting the temperature of intake air to an electronic device when a part of the exhaust from the electronic device is circulated.
上述した特許文献1〜5に開示される構成については、以下のような課題がある。例えば、特許文献1に開示される構成においては、冷却対象物であるラックに関連付けられるダクトの各々に送風機が配置されており、このような構成を採用した場合には冗長性をもたることができず、送風機の故障時などには、冷却対象物に対する冷却能力を確保できない。
The configurations disclosed in
特許文献2の図9などに開示される構成においては、三重天井の各空間の端に、外気の取り入れに用いられる送風ファンおよび排気ファンがそれぞれ配置されており、送風ファンと排気ファンとの間で風量バランスを保つ必要があるため、ファン制御などが複雑化する。
In the configuration disclosed in FIG. 9 and the like of
特許文献3の図3および特許文献4の図4などに開示される構成においては、熱気通路および空調空気通路が互いに組み合った構造になっている。そのため、空調機が故障した場合のバックアップが難しく、また、天井内の流路が複雑で構築にコストが掛かる。
In the configuration disclosed in FIG. 3 of Patent Document 3, FIG. 4 of
なお、特許文献5に開示される構成は、外気(冷気)を直接データセンタ内部に取り入れる直接外気冷却方式に向けられるものであり、冷却ユニットを利用する構成とは全く異なる思想に向けられている。
Note that the configuration disclosed in
本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、空調空気を空調対象室へ供給するために必要な空調機構の動力を低減可能な空調システムを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an air conditioning system capable of reducing the power of an air conditioning mechanism necessary for supplying conditioned air to an air conditioned room. It is to be.
本発明のある局面に従えば、情報処理機器を収容するラック列が配置された空調対象室の温度を管理するための空調システムが提供される。空調システムは、空調対象室において、ラック列の給気面と接する第1の空間と、ラック列の排気面と接する第2の空間とを区画する第1の区画部と、空調対象室の上部側に形成された天井空間を第1の層と第2の層とに区画する第2の区画部と、第1の空間と第1の層とを連通する第1の連通部と、第2の空間と第2の層とを連通する第2の連通部と、ラック列が延在する方向において空調対象室の両側に隣接して形成されるとともに、第2の層とそれぞれ連通する、一対の空調機器室とを含む。空調機器室と第2の層とを連通する開口部はラック列の配置に対応付けて形成されている。空調システムは、一対の空調機器室の各々に配置されるとともに、空調機器室に存在する空気を冷却して生成される空調空気を第1の層へそれぞれ供給する複数の空調機構を有する。 According to an aspect of the present invention, an air conditioning system for managing the temperature of an air conditioning target room in which a rack row that accommodates information processing devices is arranged is provided. The air conditioning system includes: a first partition section that partitions a first space in contact with an air supply surface of a rack row and a second space in contact with an exhaust surface of the rack row; A second partition section that partitions the ceiling space formed on the side into a first layer and a second layer, a first communication section that communicates the first space and the first layer, and a second A pair of second communication portions that communicate with the second layer and the second layer, and are formed adjacent to both sides of the air-conditioned room in the direction in which the rack row extends and communicate with the second layer, respectively. Air conditioning equipment room. Openings that communicate the air conditioning equipment room and the second layer are formed in correspondence with the arrangement of the rack rows. The air conditioning system is disposed in each of the pair of air conditioning equipment rooms, and has a plurality of air conditioning mechanisms that respectively supply conditioned air generated by cooling air existing in the air conditioning equipment room to the first layer.
好ましくは、複数の空調機構は、一対の空調機器室にそれぞれ配置され、第2の層は、第1の層の上部側に形成される。 Preferably, the plurality of air conditioning mechanisms are respectively disposed in the pair of air conditioning equipment rooms, and the second layer is formed on the upper side of the first layer.
好ましくは、第1の連通部は、天井空間と空調対象室とを区画する面に形成された開口部からなり、第2の連通部は、空調対象室の第2の空間の存在する領域に対応付けて形成されている。 Preferably, the first communication part is formed of an opening formed in a surface that divides the ceiling space and the air-conditioning target room, and the second communication part is in an area where the second space of the air-conditioning target room exists. It is formed in correspondence.
好ましくは、空調システムは、第1の層と第2の層との間の静圧差を測定する静圧差センサと、静圧差センサにより測定される静圧差が予め定められた範囲内に維持されるように、複数の空調機構の運転状態を制御する制御装置とをさらに含む。 Preferably, the air conditioning system maintains a static pressure difference sensor for measuring a static pressure difference between the first layer and the second layer, and a static pressure difference measured by the static pressure difference sensor within a predetermined range. As described above, the control device further includes a control device that controls operating states of the plurality of air conditioning mechanisms.
好ましくは、空調システムは、第1の層に存在する空気の温度を測定する第1の温度センサと、第2の層に存在する空気の温度を測定する第2の温度センサとを含む。制御装置は、第1の温度センサにより測定される温度と第2の温度センサにより測定される温度とに基づいて、ラック列で発生する熱量を予測して、複数の空調機構の運転状態を制御する。 Preferably, the air conditioning system includes a first temperature sensor that measures a temperature of air existing in the first layer, and a second temperature sensor that measures a temperature of air present in the second layer. The control device predicts the amount of heat generated in the rack row based on the temperature measured by the first temperature sensor and the temperature measured by the second temperature sensor, and controls the operation state of the plurality of air conditioning mechanisms. To do.
本発明によれば、空調空気を空調対象室へ供給するために必要な空調機構の動力を低減可能な空調システムを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the air conditioning system which can reduce the motive power of an air-conditioning mechanism required in order to supply conditioned air to an air-conditioning object room can be provided.
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[A.概要]
本実施の形態に従う空調システムは、空調対象室の天井内を断熱構造の2層に仕切るとともに、一方の層を空調空気(冷気)を供給するための給気層として用いるとともに、他方の層を排熱空気を回収するための還気層として用いる。以下、本実施の形態に従う空調システムをサーバルームに適用した具体例について説明する。
[A. Overview]
The air conditioning system according to the present embodiment divides the ceiling of the air conditioning target room into two layers of a heat insulating structure, uses one layer as an air supply layer for supplying conditioned air (cold air), and uses the other layer as the air supply layer. Used as a return air layer for recovering exhaust heat air. Hereinafter, a specific example in which the air conditioning system according to the present embodiment is applied to a server room will be described.
本実施の形態に従う空調システムにおいては、任意の冷却機構から供給される空調空気(冷気)が主として存在する空間(以下、「コールドアイル」とも称する。)と、冷却対象物から排出される排熱空気(熱気)が主として存在する空間(以下、「ホットアイル」とも称する。)とが区画された上で、空気の循環が行なわれて、冷却対象物に対する温度管理が実現される。 In the air conditioning system according to the present embodiment, a space (hereinafter also referred to as “cold aisle”) in which conditioned air (cold air) supplied from an arbitrary cooling mechanism mainly exists, and exhaust heat exhausted from the object to be cooled. A space in which air (hot air) mainly exists (hereinafter also referred to as “hot aisle”) is partitioned, and air is circulated to achieve temperature management for the object to be cooled.
[B.空調システムの全体構成]
図1は、本実施の形態に従う空調システム1の側面図(X−Z平面)である。図2は、図1のII−II線矢方向から見た空調システム1の平面図(X−Y平面)である。図3は、図2のIII−III線矢方向から見た空調システム1の断面図(Y−Z平面)である。図1〜図3においては、サーバルームの水平面をX−Y平面と定義し、サーバルームの重力方向をZ方向と定義する。その他の図においても同様である。
[B. Overall configuration of air conditioning system]
FIG. 1 is a side view (XZ plane) of
図1〜図3を参照して、本実施の形態に従う空調システム1は、温度を管理すべき対象の空調対象室2の一例であるサーバルーム、および、空調を実現する機構を含む。
1 to 3,
図1および図2に示すように、サーバルームにおいては、隣接して一連に配置された複数のラックからなる集合体(以下、「ラック列4」とも称す。)が複数配置される。この複数のラック列4は、2つ(一対)のラック列の単位(組)で構成される。図1に示す例では、3組のラック群が配置される例を示す。もちろん、本実施の形態に従う空調システム1は、どのようなラック配列であっても適用できる。すなわち、配置されるラック列の数、および、各ラック列を構成するラックの数は、必要に応じて任意に変更できる。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the server room, a plurality of aggregates (hereinafter, also referred to as “
ラック列4を構成する各ラックには、業務サーバ、データサーバー、Webサーバといった各種のサーバ装置(典型的には、ブレードタイプの機器)や、ルータやスイッチングハブといった通信機器などの情報処理機器が収容される。
Each rack constituting the
本実施の形態に従う空調システム1は、情報処理機器を収容するラック列4が配置された空調対象室2の温度を管理する。
The
複数のラック列4は、空調対象室2のフロア5上に配置されており、フロア5下には、所定の厚みを有する床下空間6が形成されている。フロア5のZ軸方向に沿って下側には、床下空間6が形成されている。床下空間6には、ラック列4に収容された情報処理機器に対して電力を供給するためのケーブル、および、情報処理機器との間で情報を遣り取りするためのケーブルなどが敷設される。すなわち、床下空間6は、主として、配線スペースとして利用される。なお、床下空間6が設けられない場合には、電力を供給するためのケーブルは、ラック列4の上部に敷設されることもある。
The plurality of
複数のラック列4の上部には、X−Y平面に沿って広がる上部空間14が存在し、上部空間14のさらに上部側には、X−Y平面に沿って広がる天井空間20が存在する。天井空間20は、区画部28によって、排熱空気32を回収するための還気層22と、空調空気34を供給するための給気層24とを含む、少なくとも2層に区画されている。還気層22および給気層24は、少なくとも層間での熱影響が生じないように、それぞれ断熱構造になっている。区画部28は、空調対象室2の上部側に形成された天井空間20を還気層22と給気層24とに区画する。
An
なお、空気比重などを考慮すると、還気層22は、給気層24の上部側に形成されることが好ましい。
In consideration of air specific gravity and the like, the
空調対象室2の対向する一対の面は、空調機器室8とそれぞれ連通している。本実施の形態においては、空調対象室2のX方向上で対応する一対の面の両隣には、空調機器室8がそれぞれ形成されている。空調機器室8には、複数のラック列4が並べられる方向(Y方向)に沿って、複数の冷却ユニット10が並べて配置されている。冷却ユニット10の設置台数は、冗長性をもたせるために、空調対象室2の熱負荷に対して十分に余裕をもつように決められる。このように一対の空調対象室2は、ラック列4が延在する方向において空調対象室2の両側に隣接して形成されるとともに、還気層22とそれぞれ連通する。
A pair of opposing surfaces of the air
冷却ユニット10は、空調対象室2へ空調空気34を供給するための空調機構の一部である。典型的には、冷却ユニット10の各々は、熱交換器と、熱交換器と熱交換させるための空気流を発生する少なくとも1つのファン11とを含むドライコイルユニットからなる。冷却ユニット10の各々は、供給ダクト12を通じて給気層24と連通しており、冷却ユニット10の各々で生成される空調空気34は、供給ダクト12を通じて給気層24へ供給される。還気層22を通じて回収される排熱空気32は、空調機器室8でバッファリングされた上で、それぞれの冷却ユニット10に取込まれて冷却されることで、空調空気34として再生される。
The cooling
このように、複数の冷却ユニット10は、一対の空調機器室8の各々に配置されるとともに、空調機器室8に存在する空気(排熱空気32)を冷却して生成される空調空気34を給気層24へそれぞれ供給する。なお、図2に示すように、複数の冷却ユニット10は、一対の空調機器室8に対応する位置にそれぞれ配置されることが好ましい。
As described above, the plurality of cooling
データセンタに要求されるグレードに依存することになるが、一般的には、冷却ユニット10が故障した場合を考慮して、想定される熱負荷に対して最低限必要な冷却ユニット10の台数をN台とすると、N台、N台に1台付加した(N+1)台、あるいは、完全二重化された2×N台が設置されてもよい。
Although it depends on the grade required for the data center, in general, considering the case where the cooling
設置されている複数の冷却ユニット10のうち一部の冷却ユニット10が故障した場合などを想定して、故障した冷却ユニット10を還気層22または給気層24と切り離すためのダンパを設けてもよい。図1に示す例では、冷却ユニット10と給気層24とを接続する供給ダクト12の経路上に逆止ダンパ16−1が設けられるとともに、空調機器室8と還気層22との間に存在する開口部26に逆止ダンパ16−2が設けられている例を示す。これらの逆止ダンパに代えて、故障を検知して閉じるモータダンパを設けてもよい。
Provided with a damper for separating the failed cooling
また、消防法などによって、空調対象室2と空調機器室8とを間仕切る壁面9が互いに異なる防火区画に設定されている場合などには、空調対象室2と空調機器室8とを間仕切る壁面9、および、開口部26と壁面9との間に、防火ダンパを設けてもよい。
In addition, when the
図3に示すように、ラック列4を構成する各ラックには、その内部に収容する情報処理機器を冷却するために空調空気34を吸い込むための給気口と、その内部に収容する情報処理機器の冷却に使用された後の排熱空気32を放出するための排気口とを含む。各ラックの空調空気34を吸い込むための給気口が設けられている面(以下、「給気面」とも称す。)から空調空気34がラック4内に流入し、情報処理機器との間で熱交換される。そして、排熱空気32となった空調空気34は、排気口が設けられている面(以下、「排気面」とも称す。)からラックの外へ排出される。
As shown in FIG. 3, each rack constituting the
ラック列4の各組において、各ラック列4に含まれるラックの排気面同士が対向するように隣接して配置される。そのため、ラック列の各組で挟まれる各空間においては、両側に位置するラック列4からの排熱空気32が集まることになる。この排熱空気32が集まる空間がホットアイル42に相当する。ホットアイル42が形成されない空間、すなわち、ラック列4の各組において、各ラック列4に含まれるラックの吸気面同士が対向する空間には、空調空気34が供給される。この空調空気34が供給される空間がコールドアイル44に相当する。
In each set of
上部空間14は、ラック列4の排気面(ホットアイル42)および吸気面(コールドアイル44)と給気層24および還気層22とそれぞれ連通するように区画されている。また、コールドアイル44とホットアイル42との間も熱的に区画されている。
The
本実施の形態においては、ホットアイル42をエンクロージャとして構成するとともに、還気層22に連通させる。より具体的には、ラック列4の排気面と略平行な面に沿って上部に延びる遮蔽流路48が形成されている。遮蔽流路48はその周囲を断熱性の高い遮熱部材46で囲まれており、ラック列4から排出された排熱空気32がコールドアイル44に戻らないように遮蔽する。遮熱部材46は、区画部に相当し、空調対象室2において、ラック列4の給気面と接するコールドアイル44(第1の空間)と、ラック列4の排気面と接するホットアイル42(第2の空間)とを区画する。
In the present embodiment, the
遮蔽流路48は、ラック列4の各組の外周を取り囲むように配置された遮蔽板を用いて区画されることで形成される。遮蔽流路48の先には、給気層24を貫通するように形成された連通路38が接続されている。ホットアイル42とコールドアイル44とを区画する遮蔽流路48には、ラック列4の筐体の一部が利用される。遮蔽流路48を形成する遮蔽板は、ラック列4の各組と天井との間の上部空間14に、ラック列の各組の外周を取り囲むように設けられる。また、対向するラック列4の組により挟まれた空間を遮蔽するために、遮蔽板の一部として、ラック列4の各組の長手方向における両端に、それぞれ遮蔽扉が設けられる。ホットアイル42側からラック列4の各ラックをメンテナンスするために、作業者などのホットアイル42内へ立ち入りができるように、この遮蔽扉は開閉自在に取り付けられてもよい(詳細については図示していない)。
The
遮蔽流路48および連通路38を設けることによって、ラック列4からホットアイル42へ排出された排熱空気32は、遮蔽流路48および連通路38を通じて、還気層22へ導かれる。遮蔽流路48および連通路38は、ホットアイル42と還気層22とを連通する連通部材に相当する。遮蔽流路48および連通路38は、天井空間20と空調対象室2とを区画する面に形成された開口部を含むことになる。
By providing the
一方、コールドアイル44には、給気層24から空調空気34が供給される。具体的には、コールドアイル44に対応させて、給気層24の下面には複数の開口部36が設けられており、開口部36を通じて、給気層24にバッファリングされる空調空気34が各コールドアイル44に供給される。複数の開口部36は、コールドアイル44と給気層24とを連通する連通部材に相当する。コールドアイル44と給気層24とを連通する開口部36は、空調対象室2のコールドアイル44の存在する領域に対応付けて形成されることが好ましい。
On the other hand, the
典型的な構成例として、ホットアイル42の空間体積に比較して、コールドアイル44の空間体積が大きくなるように構成される。このような構成により、空調空気34をコールドアイル44へ送出するのに要する動力を低減させることができる。
As a typical configuration example, the space volume of the
次に、図4を参照して、還気層22の詳細について説明する。図4は、図1のIV−IV線矢方向から見た空調システム1の平面図(X−Y平面)である。
Next, the details of the
図4を参照して、還気層22は、天井空間20のX−Y平面に対応する広がりを有する一様な空間であり、下面側には連通路38に対応する開口部が設けられている。連通路38は、ホットアイル42からZ軸方向に延びる遮蔽流路48と連通されており、ホットアイル42の排熱空気32が還気層22へ回収されるようになっている。なお、天井空間20における還気層22および給気層24の位置関係(Z軸方向の配置順)はいずれであってもよいが、空気密度の関係から、給気層24より還気層22をより重力方向上側に配置することが好ましい。
Referring to FIG. 4, the
図4には、ホットアイル42の全領域に対応させて連通路38が形成されている例を示すが、必ずしもこのような形状の連通路38を形成する必要はなく、より面積の小さい連通路38を複数形成するようにしてもよい。例えば、各ホットアイル42の中央部および両端部に合計3つの小領域を形成するようにしてもよい。連通路38の形状については、冷却対象物であるラック列4から発生する排熱空気32の熱量などに応じて適宜設計すればよい。
FIG. 4 shows an example in which the
還気層22にバッファリングされた排熱空気32は、開口部26を通じて空調機器室8へ導かれる。開口部26はいずれの位置に設けられてもよいが、基本的には、隣接する冷却ユニット10の間の空間に設けられる。このように、空調機器室8と給気層24とを連通する開口部26はラック列4の配置に対応付けて形成される。
The
次に、図5を参照して、給気層24の詳細について説明する。図5は、図1のV−V線矢方向から見た空調システム1の平面図(X−Y平面)である。
Next, the details of the
図5を参照して、給気層24は、天井空間20のX−Y平面に対応する広がりを有する一様な空間であり、下面側にはコールドアイル44に対応する開口部が設けられている。また、上層にある還気層22に連通する連通路38が貫通しており、この連通路38が存在する部分については、空調空気34が存在しない。但し、連通路38の内部にある排熱空気32と混合することはなく、また、熱的に遮蔽されているので、空調空気34の温度が上昇するようなことはない。
Referring to FIG. 5, the
図5には、コールドアイル44の全領域に対応させて開口部が形成されている例を示すが、必ずしもこのような形状の開口部を形成する必要はなく、より面積の小さい開口部を複数形成するようにしてもよい。例えば、各コールドアイル44の中央部および両端部に合計3つの小領域を形成するようにしてもよい。開口部の形状については、冷却対象物であるラック列4の熱負荷などに応じて適宜設計すればよい。
FIG. 5 shows an example in which the opening is formed corresponding to the entire region of the
次に、図6を参照して、空調機器室8の詳細について説明する。図6は、図5のVI−VI線矢方向から見た空調システム1の平面図(X−Y平面)である。
Next, the details of the air
図6を参照して、空調機器室8には複数の冷却ユニット10が設けられる。冷却ユニット10の台数は、空調対象室2の熱負荷に応じて定めればよいが、冷却ユニット10の故障などを想定して、ある程度の冗長性をもつように台数を決定すればよい。本実施の形態に従う空調システム1においては、空調空気34をバッファリングする給気層24が一様な空間であるため、複数の冷却ユニット10のうち一部のみが運転しているような運転状態であってもよい。
Referring to FIG. 6, a plurality of cooling
冷却ユニット10で発生した空調空気34は、供給ダクト12を通じて給気層24へ供給される。また、開口部26を通じて還気層22から回収される排熱空気32は、空調機器室8にバッファリングされて、冷却ユニット10に吸い込まれる。排熱空気32は冷却ユニット10の各々において冷却されて、空調空気34として再生される。
The
[C.空調システムの制御方法]
次に、本実施の形態に従う空調システム1における制御方法などについて説明する。
[C. Control method for air conditioning system]
Next, a control method and the like in
本実施の形態に従う空調システム1では、天井空間20を構成する還気層22と給気層24との間に生じる静圧差を利用して、冷却ユニット10の運転台数および/または風量を最適化するための制御を実行する。
In the
本実施の形態に従う空調システム1は、冷却の状態を判断するためのセンサとして、温度センサおよび静圧差センサを有している。再度図1を参照して、空調システム1には、還気層22の開口部26の近傍に排気温度センサ62と、給気層24に接続される供給ダクト12の近傍に吸気温度センサ64と、還気層22に生じている静圧と給気層24に生じている静圧との差を検出する静圧差センサ66とが配置されている。排気温度センサ62は、還気層22に存在する空気の温度を測定し、吸気温度センサ64は、給気層24に存在する空気の温度を測定する。
なお、空調対象室2の状態を検出するために、各センサを複数配置することが好ましい。例えば、排気温度センサ62については、還気層22の開口部26と同数配置することが好ましく、吸気温度センサ64については、給気層24に接続される供給ダクト12と同数配置することが好ましい。
In addition, in order to detect the state of the air-
静圧差センサ66は、還気層22と給気層24との間の静圧差を測定する。静圧差センサ66については、空調対象室2の大きさに応じて、所定間隔で複数個配置することが好ましい。
The static
図7は、本実施の形態に従う空調システム1の制御機能を実現するための構成を示す模式図である。図7を参照して、空調システム1は、コントローラ100と、排気温度センサ62と、吸気温度センサ64と、静圧差センサ66とを含む。排気温度センサ62、吸気温度センサ64、静圧差センサ66は、例えば、それぞれL個、M個、N個設けられる。コントローラ100は、これらのセンサから計測値を取得する。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration for realizing the control function of
また、コントローラ100は、冷却ユニット10に対して各種指令(運転停止指令およびファン速度指令)を与えるとともに、冷却ユニット10から状態値を示す状態信号を取得する。還気層22と空調空気34との間を短絡するためのバイパスダンパ18(図1参照)が設けられている場合には、コントローラは、これらのバイパスダンパ18に対して各種指令(開閉指令および開度指令)を与える。
In addition, the
コントローラ100は、典型的には、一種のコンピュータであり、CPU(Central Processing Unit)102と、RAM(Random Access Memory)104と、ROM(Read Only Memory)106とを有している。CPU102がROM106に格納されている制御プログラム108をRAM104に展開して実行することで、以下に示すような制御ロジックが実現される。
The
本実施の形態に従う空調システム1においては、多層化した還気層22と給気層24との静圧差に基づいて、複数の冷却ユニット10を制御する。すなわち、複数の冷却ユニット10に対する群制御が実施される。この群制御には、少なくとも、還気層22と給気層24との間に生じる静圧差が用いられる。併せて、排熱空気32と空調空気34との間の温度差も用いられてもよい。
In the
図8は、本実施の形態に従う空調システム1の制御機能を実現するための制御ロジックの一例を示す模式図である。図8に示す各機能および各モジュールは、コントローラ100のCPU102が制御プログラム108を実行することで実現される。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of control logic for realizing the control function of the
図8を参照して、コントローラ100の制御ロジックは、静圧差制御モジュール166を含む。静圧差制御モジュール166は、静圧差センサ66により測定される静圧差が、差圧目標値150を中心とする、予め定められた範囲内に維持されるように、複数の冷却ユニット10の運転状態を制御する。より具体的には、静圧差制御モジュール166は、給気層−還気層間静圧モデル152と、ラック列給気−排気間静圧予想モデル154と、台数制御部156と、運転状態判断部162とを含む。
Referring to FIG. 8, the control logic of
運転状態判断部162は、各冷却ユニット10からの状態信号(冷却ユニット10の状態)を受けて、複数の冷却ユニット10のうち、何台の冷却ユニット10が運転されているのかを判断する。運転状態判断部162により判断された運転台数の情報は、給気層−還気層間静圧モデル152、ラック列給気−排気間静圧予想モデル154、および、台数制御部156へ与えられる。
The operation
給気層−還気層間静圧モデル152は、対象となる天井空間20に形成される還気層22および給気層24の構造をモデル化したものであり、それぞれの静圧差センサ66により測定されるそれぞれの静圧差、および、運転中の冷却ユニット10の台数などから、還気層22および給気層24に生じている空気流の状態および空気全体の容量(マス)などを推定する。給気層−還気層間静圧モデル152には、差圧目標値150が与えられており、静圧差センサ66により測定されるそれぞれの静圧差が差圧目標値150と一致するように、操作量としての推定値を出力する。
The air supply layer-return air interlayer
なお、複数の静圧差センサ66を配置するとともに、それぞれの静圧差センサ66からの測定値から統計処理により代表値を算出し、その静圧差の代表値を制御に用いてもよいし、複数の測定値のうち一部を制御に用いるようにしてもよい。例えば、複数の冷却ユニット10のうち一部のみが運転されている場合などにおいては、当該運転されている冷却ユニット10の位置に応じて、使用する静圧差センサ66を選択してもよい。
A plurality of static
給気層−還気層間静圧モデル152からの推定値は、ラック列給気−排気間静圧予想モデル154へ与えられる。ラック列給気−排気間静圧予想モデル154は、空調対象室2に配置されるラック列4の給気面と排気面との間、すなわち各ラック列4において給気面から導入された空気が排気面から排出されるまでの経路をモデル化したものである。給気層24はラック列4の給気面と連通しており、還気層22はラック列4の排気面と連通している。そのため、ラック列給気−排気間静圧予想モデル154に対して、給気層−還気層間静圧モデル152からの推定値(還気層22および給気層24の状態値を含む)、および、運転中の冷却ユニット10の台数などを入力することで、対象のラック列4内を流れている空気流の速さや単位時間当たりの移動容量などを推定することができる。
The estimated value from the air supply layer-return air interlayer
ラック列給気−排気間静圧予想モデル154からの推定値は、台数制御部156へ与えられる。台数制御部156は、ラック列給気−排気間静圧予想モデル154からの推定値と、運転中の冷却ユニット10の台数などから、運転すべき冷却ユニット10の台数などを決定する。すなわち、台数制御部156は、ラック列4で発生する熱負荷に対して、運転中の冷却ユニット10の台数が過剰であると判断すると、運転中のいずれかの冷却ユニット10に対して運転停止指令158を出力する。逆に、台数制御部156は、ラック列4で発生する熱負荷に対して、運転中の冷却ユニット10の台数が不足であると判断すると、停止中のいずれかの冷却ユニット10に対して運転停止指令158を出力する。このように、台数制御部156は、空調対象室2に配置されたラック列4における熱負荷の状態に応じて、冷却ユニット10の運転台数を決定する。
The estimated value from the rack row supply / exhaust static
台数制御部156が冷却ユニット10の運転台数を変更するにあたっては、冷却ユニット運転時間テーブル164を参照する。冷却ユニット運転時間テーブル164には、設置されている冷却ユニット10毎に運転停止または運転開始された時刻、ならびに、運転総時間などが順次記録される。台数制御部156は、冷却ユニット運転時間テーブル164を参照して、総運転時間が互いにバランスするように、運転開始対象または運転停止対象の冷却ユニット10を決定する。
The
具体的には、天井空間20を構成する還気層22と給気層24との間に生じる静圧差が差圧目標値150と一致するように、冷却ユニット10の運転台数が決定される。例えば、測定される静圧差が差圧目標値150を超える場合には、冷却ユニット10の運転台数を低減し、逆に、測定される静圧差が差圧目標値150を下回る場合には、冷却ユニット10の運転台数を増加させる。
Specifically, the number of
このように、静圧差制御モジュール166を用いることで、天井空間20を構成する還気層22と給気層24との間に生じる静圧差を利用して、冷却ユニット10の運転台数を制御できる。このような制御方法を採用することで、空調対象室2に設置されたラック列4の増減、ならびに、ラック列4における熱負荷の増減にフレキシブルに対応して、必要な空調容量を調整することで、空調に必要なエネルギーを最小化できる。
Thus, by using the static pressure
また、本実施の形態においては、各冷却ユニット10の総運転時間を管理する冷却ユニット運転時間テーブル164を採用することで、運転すべき冷却ユニット10の増減が発生した場合に、総運転時間の均等化を指標として、対象の冷却ユニット10を選定できる。
Further, in the present embodiment, by adopting the cooling unit operation time table 164 that manages the total operation time of each cooling
冷却ユニット10として、可変速ファンを有する構成を採用した場合には、冷却ユニット10の運転/停止の制御に加えて、ファンの速度制御を連携させてもよい。この場合、ファンの速度制御を優先させるとともに、いずれかの冷却ユニット10が許容最小風量(最小回転数)以下になると、冷却ユニット10の運転台数を変更する制御を実行するようにしてもよい。
When a configuration having a variable speed fan is adopted as the cooling
ファンの速度制御を実装する場合には、コントローラ100の制御ロジックは、図8に示すように、代表サーバ温度差予測モデル172および速度演算部184を有している。
When the fan speed control is implemented, the control logic of the
代表サーバ温度差予測モデル172は、ラック列4内に配置される代表的なサーバにおける熱負荷をモデル化したものである。代表サーバ温度差予測モデル172は、排気温度センサ62により測定された還気層22に存在する排熱空気32の温度と、吸気温度センサ64により測定された給気層24に存在する空調空気34の温度とに基づいて、代表的なサーバでの冷却状態を推定する。コントローラ100の制御ロジックは、排気温度センサ62により測定される温度と、吸気温度センサ64により測定される温度とに基づいて、ラック列4で発生する熱量を予測して、複数の冷却ユニット10の運転状態を制御する。代表サーバ温度差予測モデル172からの推定値は、速度演算部184へ与えられる。
The representative server temperature
速度演算部184は、ラック列給気−排気間静圧予想モデル154からの推定値、および、代表サーバ温度差予測モデル172からの推定値に基づいて、各冷却ユニット10におけるファン速度を決定する。そして、対象の冷却ユニット10に対して冷却ユニットファン速度指令186を出力する。
The
また、還気層22と空調空気34との間を短絡して、送風動力を低減するためのバイパスダンパ18(図1参照)が装着されている場合には、バイパスダンパ18を利用するようにしてもよい。この場合には、コントローラ100の制御ロジックは、図8に示すように、バイパス制御部188を有している。バイパス制御部188は、ラック列給気−排気間静圧予想モデル154からの推定値に基づいて、静圧差センサ66により測定される静圧差と速度演算部184からのファン速度とから、冷却ユニット10を含む空調空気の循環量を最小化する必要があると判断すると、バイパスダンパ18に対して、開閉指令/開度指令190を与える。
In addition, when the bypass damper 18 (see FIG. 1) for reducing the blowing power is mounted by short-circuiting between the
バイパスダンパ18の開度を大きくすることで、冷却ユニット10における最小循環を実現でき、送風動力を低減できる。
By increasing the opening degree of the
さらに、冷却ユニット10の入側および出側にそれぞれ温度センサを配置し、コールドアイルとホットアイルとの間の温度差に加えて、冷却ユニット10の入出温度差(例えば、10℃程度の差)を反映して、冷却ユニット10の運転台数の制御、ならびに、冷却ユニット10のファン速度の制御を統合して行なうようにしてもよい。
Furthermore, temperature sensors are arranged on the entry side and the exit side of the cooling
なお、冷却ユニット運転時間テーブル164を用いることで、総運転時間を均一化するだけではなく、冗長性を高めるような制御を実現することもできる。例えば、故障、点検、それ以外の理由で冷却ユニット10の運転が停止された場合、当該停止事象が発生する前に運転されていた冷却ユニット10の台数を記憶しておき、その記憶した台数と同数の冷却ユニット10の運転を継続するようにしてもよい。
In addition, by using the cooling unit operation time table 164, it is possible not only to equalize the total operation time but also to realize control that increases redundancy. For example, when the operation of the cooling
[D.利点]
本実施の形態に従う空調システムによれば、天井空間20を、排熱空気32を回収するための還気層22と、空調空気34を供給するための給気層24とを含む、少なくとも2層に区画する。そして、区画されたそれぞれの層全体をホットアイルおよびコールドアイルと連通させるとともに、還気層22の両側に空調機器室8を形成する。空調機器室8は、一種のバッファとして機能し、回収された排熱空気32の温度分布を均一化した上で、それぞれの冷却ユニット10にて冷却される。
[D. advantage]
According to the air conditioning system according to the present embodiment, the
天井空間20に還気層22および給気層24を形成して空気を循環させることで、床下空間を利用して空気を循環させる場合に比較して、運用過程で空気の循環経路に何らかの障害が生じる可能性を低減できる。
By forming the
また、空調機器室8にて回収された排熱空気32が均一化されるので、複数の冷却ユニット10のうち一部のみが運転されている場合であっても、効率的な冷却が可能になる。また、還気層22および空調機器室8を含む全体空間、ならびに、給気層24を含む全体空間を空気の流路として利用できるので、空気を循環させるのに必要な動力を低減できる。
In addition, since the
また、本実施の形態に従う空調システムにおいては、複数の冷却ユニット10は、一対の空調機器室8の各々において、ランダムな位置に配置してもよい。そのため、竣工時において熱負荷の発生場所が分散していても、必要なところに必要なだけ空調空気を配分できる。また、熱負荷の増加に伴って、必要な数の冷却ユニット10を事後的に追加することもできるので、熱負荷に応じて柔軟に拡張可能なシステムを実現できる。
In the air conditioning system according to the present embodiment, the plurality of cooling
また、本実施の形態に従う空調システムにおいては、天井空間20を構成する還気層22と給気層24との間に生じる静圧差に基づいて制御されるので、冷却ユニット10の運転台数を過剰に多くするような状態を回避できる。
Further, in the air conditioning system according to the present embodiment, since the control is performed based on the static pressure difference generated between the
以上のような構成を採用することで、空調空気を空調対象室へ供給するために必要な空調機構の動力を低減可能な空調システムを実現できる。 By adopting the configuration as described above, it is possible to realize an air conditioning system capable of reducing the power of the air conditioning mechanism necessary for supplying conditioned air to the air conditioned room.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 空調システム、2 空調対象室、4 ラック列、5 フロア、6 床下空間、8 空調機器室、9 壁面、10 冷却ユニット、11 ファン、12 供給ダクト、14 上部空間、16−1,16−2 逆止ダンパ、18 バイパスダンパ、20 天井空間、22 還気層、24 給気層、26,36 開口部、28 区画部、32 排熱空気、34 空調空気、38 連通路、42 ホットアイル、44 コールドアイル、46 熱部材、48 遮蔽流路、62 排気温度センサ、64 吸気温度センサ、66 静圧差センサ、100 コントローラ、102 CPU、104 RAM、106 ROM、108 制御プログラム、150 差圧目標値、152 給気層−還気層間静圧モデル、154 ラック列給気−排気間静圧予想モデル、156 台数制御部、158 運転停止指令、162 運転状態判断部、164 冷却ユニット運転時間テーブル、166 静圧差制御モジュール、172 代表サーバ温度差予測モデル、184 速度演算部、186 冷却ユニットファン速度指令、188 バイパス制御部、190 開閉指令/開度指令。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記空調対象室において、前記ラック列の給気面と接する第1の空間と、前記ラック列の排気面と接する第2の空間とを区画する第1の区画部と、
前記空調対象室の上部側に形成された天井空間を第1の層と第2の層とに区画する第2の区画部と、
前記第1の空間と前記第1の層とを連通する第1の連通部と、
前記第2の空間と前記第2の層とを連通する第2の連通部と、
前記ラック列が延在する方向において前記空調対象室の両側に隣接して形成されるとともに、前記第2の層とそれぞれ連通する、一対の空調機器室とを備え、前記空調機器室と前記第2の層とを連通する開口部は前記ラック列の配置に対応付けて形成されており、
前記一対の空調機器室の各々に配置されるとともに、前記空調機器室に存在する空気を冷却して生成される空調空気を前記第1の層へそれぞれ供給する複数の空調機構を備える、空調システム。 An air conditioning system for managing the temperature of an air conditioning target room in which a rack row that accommodates information processing equipment is arranged,
In the air-conditioning target chamber, a first partition section that partitions a first space in contact with the air supply surface of the rack row and a second space in contact with the exhaust surface of the rack row;
A second partition section that partitions the ceiling space formed on the upper side of the air conditioning target room into a first layer and a second layer;
A first communication portion that communicates the first space with the first layer;
A second communication portion that communicates the second space and the second layer;
A pair of air conditioning equipment chambers formed adjacent to both sides of the air conditioning target room in a direction in which the rack row extends and communicated with the second layer, respectively, and the air conditioning equipment room and the first The opening communicating with the two layers is formed in association with the arrangement of the rack rows,
An air conditioning system comprising a plurality of air conditioning mechanisms that are arranged in each of the pair of air conditioning equipment rooms and that supply conditioned air generated by cooling air existing in the air conditioning equipment rooms to the first layer. .
前記第2の層は、前記第1の層の上部側に形成される、請求項1に記載の空調システム。 The plurality of air conditioning mechanisms are respectively disposed in the pair of air conditioning equipment rooms,
The air conditioning system according to claim 1, wherein the second layer is formed on an upper side of the first layer.
前記第2の連通部は、前記空調対象室の前記第2の空間の存在する領域に対応付けて形成されている、請求項1または2に記載の空調システム。 The first communication portion includes an opening formed on a surface that divides the ceiling space and the air-conditioning target chamber.
The air conditioning system according to claim 1 or 2, wherein the second communication portion is formed in association with an area where the second space of the air conditioning target room exists.
前記静圧差センサにより測定される静圧差が予め定められた範囲内に維持されるように、前記複数の空調機構の運転状態を制御する制御装置とをさらに備える、請求項1に記載の空調システム。 A static pressure difference sensor for measuring a static pressure difference between the first layer and the second layer;
2. The air conditioning system according to claim 1, further comprising: a control device that controls operating states of the plurality of air conditioning mechanisms so that the static pressure difference measured by the static pressure difference sensor is maintained within a predetermined range. .
前記第2の層に存在する空気の温度を測定する第2の温度センサとをさらに備え、
前記制御装置は、
前記第1の温度センサにより測定される温度と前記第2の温度センサにより測定される温度とに基づいて、前記ラック列で発生する熱量を予測して、前記複数の空調機構の運転状態を制御する、請求項4に記載の空調システム。 A first temperature sensor for measuring the temperature of air present in the first layer;
A second temperature sensor that measures the temperature of the air present in the second layer,
The controller is
Based on the temperature measured by the first temperature sensor and the temperature measured by the second temperature sensor, the amount of heat generated in the rack row is predicted to control the operation state of the plurality of air conditioning mechanisms. The air conditioning system according to claim 4.
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
CN111090318A (en) * | 2019-10-25 | 2020-05-01 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | Feedback heat dissipation method and device |
JP2021141685A (en) * | 2020-03-04 | 2021-09-16 | 東芝産業機器システム株式会社 | Enclosed switchboard |
-
2016
- 2016-11-14 JP JP2016221244A patent/JP2018081344A/en active Pending
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