JP4575977B2 - 空調設備制御システム、空調設備制御方法、および、電算機室の電力管理システム、電力管理方法 - Google Patents

Description

本発明は，空調設備制御システム、空調設備制御方法、および、電算機室の電力管理システム、電力管理方法に係り、多数の情報処理装置が設置された電算機室を空冷で冷却する空調設備を有する冷却室において、空調設備を省エネルギで運転しつつ、しかも、個々の情報処理装置に対する適切な冷却をおこなうことのできる空調設備制御システム、空調設備制御方法、および、電算機室の電力管理システム、電力管理方法に関する。

データセンタなどに代表される大規模電算機室では、サーバやファイル装置などの情報処理装置（以下、単に「装置」と略す）を収納したラックが列状に多数配置されている。また、各装置で発生する熱を除去するための設備として、複数の空調機が並べられている（以下、単に「設備」と略す）。大多数の装置では、空気により冷却される方式が採用されているため、設備では、各装置で加熱された温排風を冷却し、冷風として再び各装置に供給する。

一般の電算機室では、二重床構造を用いることが多く、設備により作られた冷風は、床下に吹き出され、装置近傍に設けられた多数の給気口より給気される。この給気冷風は、各装置に内蔵された送風機により各装置内に取り込まれ、電子部品などにより加熱、昇温された後、装置外へと排出される。この排気は、各ラックと天井との間の空間、あるいは、室内や天井裏に特別に設けられた排気ダクトを通り、再び設備に戻される。一般的には、設備の消費電力は、その必要冷力（装置での発熱量、および、電源設備での発熱量）の１／２〜１／３となり、また、送風のための消費電力は、１／６程度となる。そして、電算機室全体の消費電力は、装置消費電力のおおよそ１．５倍程度となる。

一方、装置では、その情報処理能力や時々刻々変化する稼動率により、真に必要とされる冷却風の取り込み温度は様々となるが、現状の電算機室では、最も低い冷却風温度を要求する装置に合わせ、設備の冷風吐出温度（給気温度）を設定して、設備の運転をおこなっている。この結果、多くの装置では、必要以上に低い温度の冷風が取り込まれることとなり、多大なエネルギロスが発生することになる。現今の地球温暖化防止やエネルギコスト削減というすう勢から、このエネルギロスの削減が強く求められる所である。

エネルギロスの削減については、装置や設備の効率を向上させる努力がベンダーでなされており、また、電算機室設計時に、装置、設備および給気口の位置、枚数の最適配置をおこない、冷却風の効率的な配風による省エネルギ化がおこなわれている。一方、運用面では、仮想化技術を用いた情報処理装置の片寄せによる消費電力の削減、あるいは、床上下を結ぶ各給気口にダンパーを設け、時々刻々変化する各装置温度をセンシングし、各給気量を適正化することによる空調設備の省エネルギ化が提案、実施されている。

さらに、特許文献１では、ある装置での排気温度が低い場合、他の装置からジョブを移動して割り当てるか、あるいは、新規ジョブをその装置に割り当てることにより効果的な冷却風の使用を計り、省エネルギを計ることが提案されている。

一方、特許文献２では、その目的が省エネルギではないが、設備の制御方法として、各空調機の冷風生成温度が各装置の空気温度に与える影響度を、各空調機の設定温度を１台づつ順次変更することにより求め、この影響度をグラフィック表示し、ある装置で温度異常が発生した場合にどの空調機の設定温度を変更するのが効果的かをガイダンスとして与え、空調機の設定温度を制御する方法が提案されている。

特開２００４−１２６９６８号公報 特開２００６−６４２８３号公報

特許文献１に開示された従来技術では，温度分布から得られる温度情報をもとにジョブスケジューリングをおこなって、各装置への負荷分配を制御することにより、電算機室内の風温の実質的な均一化が可能となり、設備の省エネルギが果たされる。しかしながら、設備を構成する空調機の効率特性については何ら考慮されておらず、場合によっては、各空調機を効率の低い部分負荷帯で均一運転することもあり、かえってエネルギ増しになる事態が発生する可能性もある。

また、特許文献２に開示された従来技術では，異常対策としての設備の制御が開示されているのみであり、エネルギ消費に関しては何ら考慮されていない。また、ディスプレイに表示されたガイダンスには、各空調機の具体的な設定温度変更値の表示が含めらていないため、あくまで、オフラインにより、さらに別の指針（開示されておらず）に従って空調機の設定温度変更をおこなわなければならない。

本発明は，上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、電算機室内に配置された各情報処理装置が要求する冷却風の温度条件を満たしながら、空調設備の消費電力を最小化する省エネルギ制御方法の提供をすることにある。

さらに、他の目的は、空調設備側より見た理想的な室内の発熱分布、すなわち、各情報処理装置の負荷割合を算出し、装置側の監視、制御装置と協調して、電算機室全体の消費電力を削減するシステムを提供をすることにある。

本発明の空調設備制御システムとしては、一つ以上の情報処理装置と一つ以上の空調機とが設置された電算機室における空調設備制御システムであって、電算気室を循環させる空気の情報処理装置の入気部分と、空気の情報処理装置の排気部分と、空気の空調機の吸込部分と、空気の前記空調機の吐出部分とに、各々温度を測定する温度センサを設ける。

そして、情報処理装置を監視・制御する情報処理装置監視・制御装置と、空調機を監視・制御し、また、温度センサの出力を取り込む空調機監視・制御装置とを備える。

空調機監視・制御装置は、電算機室を実稼動させるか、シミュレーションにより、空調機に対する情報処理装置の温度感度係数と、情報処理装置に対する空調機の温度感度係数を演算する。

そして、それらの温度感度係数を用いて、各情報処理装置の排気温度の変化の偏差の相乗和が最小になるように、各空調機の吐出温度を求める。

また、それらの温度感度係数を用いて、空調機の消費電力の総和が最小になるように、空調機の吐出温度を定め、空調機監視・制御装置が、各々の空調機に対して、その吐出温度で稼動するように指示を与える。

さらに、電力管理システムとして、それらの温度感度係数を用いて、空調機の消費電力の総和が最小になるように、各情報処理装置の発熱量を求め、情報処理装置監視・制御装置に伝える。情報処理装置監視・制御装置は、各々の情報処理装置の発熱量に見合ったように、作業（負荷）を、各情報処理装置に割り振る。

本発明によれば、電算機室内に配置された各情報処理装置が要求する冷却風の温度条件を満たしながら、空調設備の消費電力を最小化する省エネルギ制御方法を提供することができる。

さらに、本発明によれば、空調設備側より見た理想的な室内の発熱分布、すなわち、各情報処理装置の負荷割合を算出し、装置側の監視、制御装置と協調して、電算機室全体の消費電力を削減するシステムを提供することができる。

以下、本発明に係る一実施形態を、図１ないし図８を用いて説明する。

先ず、図１を用いて本発明の一実施形態に係る電算機室の装置、および、設備の構成を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電算機室の装置、および、設備の構成を示す鳥瞰図である。

本実施形態の電算機室１は、床上主空間２、床下冷却風給気空間３からなり、床には、床下より床上に冷却風を給気する複数の給気口４が設けられている。

電算機室には、一台以上の情報処理装置（図示せず）を収納したラック５ａ〜５ｅが設置され、ラック列５１〜５３が複数構成されている。そして、それらの装置を冷却するために、一台以上の空調機６１〜６４が設けられている。

また、各ラックへの取り込み風温を測定する入気センサ１５１ａ、各ラックからの排気温度を測定する排気センサ１５２ｂ、１５３ｂ、各空調機から吐出される吐出風の風温を測定する吐出風温センサ６１ａ、６３ａ、各空調機へ吸入される吸込風の風温を測定する吸込風温センサ６１ｂ、６３ｂのセンサ類が設けられる。なお、ラック５ａの排気センサ１５１ｂは、入気センサ１５１ａの対向する面に、１５２ｂに向かい合って設けられており、図示されていない。

また、ラック５ａ〜５ｅに収納された情報処理装置を監視し、制御の指示を与える情報処理装置監視・制御装置５００と、空調機６１〜６４を監視し、制御の指示を与える空調機監視・制御装置６００が設けられる。

さらに、情報処理装置監視・制御装置５００と空調機監視・制御装置６００を結ぶ通信ライン７００、各情報処理装置の運転状態を取り込み・制御をおこなう通信ライン７０５、各冷却風温、及び各空調機の運転状態を取り込み・制御をおこなう通信ライン７０６が配線されている。

空調機６１〜６４で除熱された冷却風は、床下空間３に吐出され、給気口４を通って床上主空間２へ給気される。給気風２１６ａ、２６３ａは、情報処理装置に備えられたファン（図示せず）により吸い込まれ（２５１ａ、２５３ａ）、情報処理装置により加熱、昇温させられ、温風２５１ｂ、２５２ｂとして排気される。この各ラックよりの排気は、集合、分配され、各空調機６１〜６４に入気される（２６１ｂ、２６３ｂ）。

なお、本実施形態では、情報処理装置の入排気温度のセンシング場所を、各ラック毎に設ける構造を図示しているが、各情報処理装置毎に設けた方がより好ましい。また、入排気部双方にセンサを設けず、片側のみにセンサを設けてもよく、さらに、ラック毎ではなくあるラック群毎にセンサを設ける構造であってもよい。ただし、設置するセンサのセンシング場所が密ではなくなると、本実施形態の情報処理装置と空調機と制御のための温度の情報収集については、確実を期すことはできなくなるが、省エネルギ効果を出すことはできる。

また、本実施形態では、床下空調の場合を示すが、床下が無く、各空調機からの冷却風が直接装置設置空間に吐出されてもよい。また、本実施形態では、ラック群と電算機室天井との間を各装置からの排気風の流路として示したが、同空間に排風ダクト、あるいは、天井裏に排風ダクトを設けてもよい。さらに、本実施形態の図１より類推される構成、すなわち、空調機がラック列と平行に設置される構成、空調機の吸込風温センサ、吐出風温センサが空調機内に組み込まれた構成、あるいは、各情報処理装置に入気温度センサ、排気温度センサが組み込まれた構成などであってもよい。

次に、図２および図３を用いて空調機監視・制御装置６００の構成について説明する。
図２は、空調機監視・制御装置６００のハードウェア構成を示す構成図である。
図３は、空調機監視・制御装置６００の機能構成を示す構成図である。

空調機監視・制御装置６００のハードウェアは、図２に示されるように、一般のパーソナルコンピュータと同様の構成で実現される。

空調機監視・制御装置６００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０１、主記憶装置６０２、ネットワークＩ／Ｆ６０３、グラフィックＩ／Ｆ６０４、入出力Ｉ／Ｆ６０５、補助記憶装置Ｉ／Ｆ６０６が、バスにより結合された形態になっている。

ＣＰＵ６０１は、空調機監視・制御装置６００の各部を制御し、主記憶装置６０２に後に説明する空調機監視・制御の各モジュールをロードして実行する。

主記憶装置６０２は、通常、ＲＡＭなどの揮発メモリで構成され、ＣＰＵ６０１が実行するプログラム、参照するデータが記憶される。

ネットワークＩ／Ｆ６０３は、外部ネットワーク６８０と接続するためのインタフェースである。

グラフィックＩ／Ｆ６０４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置６５０を接続するためのインタフェースである。

入出力Ｉ／Ｆ６０５は、入出力装置を接続するためのインタフェースである。図２の例では、キーボード６６０とポインティングデバイスのマウス６７０が接続されている。

補助記憶装置Ｉ／Ｆ６０６は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）６９０などの補助記憶装置を接続するためのインタフェースである。

ＨＤＤ６９０は、大容量の記憶容量を有しており、空調機監視・制御のためのプログラムとデータベースが格納されている。

本実施形態の空調機監視・制御装置６００は、機能的には、図３に示されるように、データ入出力部６１０、各測定点温度計測・記憶部６２０、空調機設定温度変更指示部６３０により構成され、それらが参照するデータベースとして、情報処理装置データベース６４０を有する。

空調機設定温度変更指示部６３０は、空調機設定温度変更演算モジュール６３１、温度感度演算モジュール６３２を有している。空調機設定温度変更演算モジュール６３１は、消費電力最小化演算モジュール６３３、情報処理装置入気温度余裕度演算モジュール６３４、空調機サイクル演算モジュール６３５からなる。

また、これらの各部が参照するデータベースとして、空調機監視・制御装置６００は、情報処理装置データベース６４０を有している。そして、情報処理装置データベース６４０は、情報処理装置仕様テーブル６４１、情報処理装置設置位置テーブル６４２、情報処理装置入気温度上限値テーブル６４３が更新可能な形で記憶されている。

データ入出力部６１０は、各装置の入気、排気に関するセンサで取り込まれた温度データを受信し、各空調機の吐出や吸込の風温に関するセンサで取り込まれた温度データおよび動作状態を受信し、情報処理装置監視・制御装置に集められた各情報処理装置動作状態の受信をおこなう。また、データ入出力部６１０は、各空調機の設定温度制御値の発信、および予め設定されたラックゾーン毎における好ましい発熱量（情報処理装置制御ガイダンス）の情報処理装置監視・制御装置への発信をおこなう。

各測定点温度計測・記憶部６２０は、データ入出力部６１０により受信した各部の温度データを記憶する部分である。

空調機設定温度変更指示部６３０は、データ入出力部６１０を介して、各空調機に設定温度の変更の指示を与える部分である。

そして、空調機設定温度変更指示部６３０の空調機設定温度変更演算モジュール６３１は、空調機の設定温度を変更する演算をおこなうモジュールである。

消費電力最小化演算モジュールは、空調機設定温度変更演算モジュール６３１のサブモジュールであり、空調機の消費電力の総和を演算するためのモジュールである。

情報処理装置入気温度余裕度演算モジュール６３４は、空調機設定温度変更演算モジュール６３１のサブモジュールであり、情報処理装置の入気温度が上限として規定された入気温度に対して、全体としてどれくらいの偏差があるかを演算するためのモジュールである。

この情報処理装置入気温度余裕度演算モジュール６３４は、情報処理装置データベース６４０の中の情報処理装置設置位置テーブル６４２、情報処理装置入気温度上限値テーブル６４３を参照し、各測定点温度計測・記憶部６２０で採取された各情報処理装置設置環境の温度データから、各情報処理装置入気温度偏差（各温度上限値−各設置環境温度）を演算する。

空調機サイクル演算モジュール６３５は、空調機設定温度変更演算モジュール６３１のサブモジュールであり、各空調機の冷却サイクルに関する熱量を演算し、各空調機の消費電力を演算するためのモジュールである。

温度感度演算モジュール６３２は、空調機に対する情報処理装置の温度感度係数、情報処理装置に対する空調機の温度感度係数を演算し、温度感度係数行列として保存するモジュールである。

この温度感度係数行列は、後に示すように空調機設定温度変更演算モジュール６３１より、空調機の設定温度を演算する際に用いられる。

次に、図４および図５を用いて情報処理装置監視・制御装置５００の構成について説明する。
図４は、情報処理装置監視・制御装置５００のハードウェア構成を示す構成図である。
図５は、情報処理装置監視・制御装置５００の機能構成を示す構成図である。

情報処理装置監視・制御装置５００のハードウェアは、図４に示されるように、一般のパーソナルコンピュータまたはサーバと同様の構成で実現される。

情報処理装置監視・制御装置５００のハードウェアは、図２に示した空調機監視・制御装置６００と同様に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１、主記憶装置５０２、ネットワークＩ／Ｆ５０３、グラフィックＩ／Ｆ５０４、入出力Ｉ／Ｆ５０５、補助記憶装置Ｉ／Ｆ５０６が、バスにより結合された形態になっている。各部の機能は、空調機監視・制御装置６００とほぼ同様である。

また、ネットワークＩ／Ｆ５０３に、外部ネットワーク５８０が接続され、グラフィックＩ／Ｆ５０４に、表示装置５５０が接続され、入出力Ｉ／Ｆ６０５に、キーボード５６０とマウス５７０が接続され、補助記憶装置Ｉ／Ｆ６０６に、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）５９０などの補助記憶装置が接続されていることも、空調機監視・制御装置６００と同様である。

ＨＤＤ５９０に保持されるデータベースには、各情報処理装置の制御のためのデータが格納されている。また、ＨＤＤ５９０に保持されるプログラムは、情報処理装置を監視し、また、作業を割り当てる制御モジュールである。

本実施形態の情報処理装置監視・制御装置５００は、機能的には、通信ライン７０５に接続されたデータ入出力部５１０、各情報処理装置の動作状態を監視する情報処理装置監視部５２０、各情報処理装置に作業を割り振る情報処理装置作業指示部５３０により構成される。

情報処理装置作業指示部５３０は、情報処理装置監視部５２０のデータに基づき、各情報処理装置への最適な作業の割り振りを演算する。ここで最適とは、時系列的に流れて来る電算機室への多数の作業を、各作業の大きさによる処理時間、各情報処理装置の消費電力双方を考慮し、制約された時間内に最小の消費電力の総和で作業を終了させることを言う。また、作業指示部５３０は、必要に応じて、前記空調機監視・制御装置６００から出力された各情報処理装置、あるいは、ラックをグルーピングしたゾーン毎の一定の発熱量の制約条件を考慮して、各情報処理装置への最適な作業の割り振りを演算する。割り振りの結果は、データ入出力部５１０を介して、各情報処理装置に送られるとともに、空調機監視・制御装置６００にも通信ライン７００を通して出力される。

なお、図３に示した情報処理装置データベース６４０は、情報処理装置監視・制御装置５００に内蔵されてもいてもよい。

次に、図６および図８を用いて本発明の一実施形態に係る空調設備制御方法の処理について説明する。

先ず、図６および図７を用いて空調機に対する情報処理装置の温度感度係数と、情報処理装置に対する空調機の温度感度係数を求める処理について説明する。
図６は、空調機に対する情報処理装置の温度感度係数を求める処理を示すフローチャートである。
図７は、情報処理装置に対する空調機の温度感度係数を求める処理を示すフローチャートである。

これらの温度感度係数の演算処理は、図３に示した温度感度演算モジュール６３２でおこなわれ、各空調機の設定温度の変化が各情報処理装置の設置環境温度に及ぼす影響度、また、各情報処理装置の発熱量が各空調機の吸込気温度及ぼす影響度を演算処理し、その結果を温度感度係数として、テーブル化、あるいは、近似式化する。この例では、行列の形式により、温度感度係数を保存する例を示している。

空調機の設定温度の変化が各情報処理装置の設置環境温度に及ぼす影響度を求めるために、図６に示されるように、先ず、空調機のインデックスiを初期化する（Ｓ６００）。

そして、空調機数の数だけ、Ｓ６０２ないしＳ６０６の処理を繰り返す（Ｓ６０１）。

実際（実電算機室を用いて）に各空調機の吐出し温度設定値変更（変更幅＝ΔTaco(i)）を空調機設定温度変更指示部６３０からi番目の空調機に指示する（Ｓ６０２）。j番目の情報処理装置の設置環境温度変化をセンサ１５１ａ、１５２ｂ、１５３ｂを用いて計測し、これを１番目から情報処理装置数だけ繰り返し、j番目の情報処理装置の設置環境温度変化幅(ΔTapi(j), ΔTapo(j))を求める（Ｓ６０３）。ここで、ΔTapi(j)は、j番目の情報処理装置の入気温度の変化幅であり、ΔTapo(j)は、j番目の情報処理装置の排気温度の変化幅である。

そして、i番目の空調機の温度設定値変更幅に対するj番目の情報処理装置の設置環境温度変化幅(ΔTapi(j), ΔTapo(j))の比率を求め、保存する（Ｓ６０４）。これが、i番目の空調機に対するj番目の情報処理装置の温度感度係数となる。

この温度感度係数αapi(i, j), αapo(i, j)は、以下の(式１)、(式２)で表される。ここで、αapi(i, j)は、j番目の情報処理装置の入気温度に関する温度感度係数であり、αapo(i, j)は、j番目の情報処理装置の排気温度に関する温度感度係数である。

αapi(i, j) = ΔTapi(j)/ΔTaco(i) …（式１）
αapo(i, j) = ΔTapo(j)/ΔTaco(i) …（式２）
そして、この処理が終了すると温度設定値変更をおこなった空調機の温度設定値を元に戻す（Ｓ６０５）。

次に、iをインクリメントして、Ｓ６０１に戻る（Ｓ６０６）。

そして、全ての空調機を対象とした処理が終了すると、各感度係数を空調機数行i、情報処理装置列jの係数行列(i, j)（αapi(i, j), αapo(i, j)）として保存する（Ｓ６０７）。ここで、熱流体シミュレータを用い仮想的に以上と同じの処理をおこなってもよい。

次に、空調機の設定温度の変化が各情報処理装置の設置環境温度に及ぼす影響度を求めるために、図７に示されるように、先ず、情報処理装置のインデックスjを初期化する（Ｓ７００）。

情報処理装置に対する空調機の吸込温度に及ぼす影響度を調べるためには、実際に電算機室で稼動させて、測定するのは難しいので、熱流体シミュレータを用いることにする。

そして、情報処理装置の数だけ、Ｓ７０２ないしＳ７０６の処理を繰り返す（Ｓ７０１）。

ここでは、熱流体シミュレータにj番目の情報処理装置の排気温度を変更する（変更幅＝ΔTap(j)）（Ｓ７０２）。

次に、i番目の空調機吸込温度を計算し、各空調機吸込温度変化幅(ΔTaci(i))を求める（Ｓ７０３）。これを、１番目から空調機数だけ繰り返す。

そして、j番目の情報処理装置の情報処理装置の排気温度の温度設定値変更幅に対するi番目の空調機の吸込温度変化幅(ΔTaci(i)))の比率を求め、保存する（Ｓ７０４）。これが、j番目の情報処理装置のi番目の空調機に対する温度感度係数となる。

この温度感度係数βaci(i, j)は、以下の(式３)で表される。

βaci(i, j) = ΔTaci(i)/ΔTap(j) …（式３）
そして、この処理が終了すると温度設定値変更をおこなった温度変更を行った情報処理装置の排気温度を元に戻す（Ｓ７０５）。

次に、jをインクリメントして、Ｓ７０１に戻る（Ｓ７０６）。

そして、全ての空調機を対象とした処理が終了すると、各感度係数を空調機数行i、情報処理装置列jの係数行列(i, j)（βaci(i, j)）として保存する（Ｓ７０７）。

これら一連の処理方法は、特に人為的に設備、装置の変更をおこなうことをせず、時々刻々と変化する情報処理装置の負荷率変化、従って発熱量変化、および各空調機の給気温度変化を時系列的に採取し、数理計画法を用いて各影響度を演算する方法であってもよい。この方法は特に、各情報処理装置の発熱量が各空調機吸込空気温度に及ぼす影響度を、各情報処理装置に影響を与えず演算する際に有効である。また、一定時間帯毎に影響度を演算変更することが可能となり、各情報処理装置の運転形態の変化にも対応することが可能となる。

次に、図８を用いて空調機監視・制御装置６００の消費電力最小化演算モジュール６３３により、空調機の消費電力を最小化する演算をおこなう処理について説明する。

図８は、消費電力最小化演算モジュール６３３により、空調機の消費電力を最小化する演算をおこなう処理を示すフローチャートである。

先ず、消費電力最小化演算モジュール６３３は、j番目の情報処理装置の入気温度Tapi(j)（jは、１から情報処理装置数分）を取り込み、各情報処理装置の入気温度上限値Tapilim(j)との偏差ΔTap(j)を保存する（Ｓ８００）。偏差ΔTap(j)は、以下の（式４）で表される。

ΔTap(j) = Tapilim(j) - Tapi(j) …（式４）
次に、（式４）の偏差ΔTap(j)≧0の制約条件下で、各情報処理装置吸込温度偏差の相乗和（Σ（ΔTap(j)）²）（j=１〜情報処理装置数）を評価関数とし、それを最小化する各空調機の冷却風吐出温度Taco(i)を例えば準ニュートン法などの数理計画法手法を用いて演算し、保存する。

また同時に、この段階で計算されるi番目の空調機の消費電力Lac(i),冷力Qac(i)も保存する（Ｓ８０１）。これを、iが１から空調機数分だけおこなう。ここで、各情報処理装置入気温度と各空調機冷却風吐出温度との相関関係は、温度感度演算モジュール６３２により演算された温度感度係数を用いて算出する。また、各情報処理装置吐出温度と各空調機冷却風吸込温度との相関関係は、温度感度演算モジュール６３２により演算された温度感度係数、および、空調機サイクル演算モジュール６３５を用いて算出する。

次に、Ｓ８０１で得られたi番目の空調機吐出温度の解Taco(i)を初期値とし、各空調機の消費電力を空調機サイクル演算モジュール６３５により演算し、各空調機の消費電力の総和(ΣLac(i)（i=１〜空調機数）を評価関数とし、それを最小化する各空調機の吐出温度Taco(i）を演算し、保存する。また同時に、この段階で計算される各空調機の消費電力Lac(i)、冷力Qac(i)も保存する（Ｓ８０２）。このＳ８０１においても、各々の情報処理装置の入気温度が、各々の情報処理装置の入気温度の最大値を超えない条件（ΔTap(j)≧0）を制約条件とする。このＳ８０２を実施することの意味は、各空調機の効率特性曲線の最大値点が空調機の吐出温度により移動するので、その最大点に最適化するものである。

次に、Ｓ８０２で求められたi番目の空調機の冷力Qac(i)の総和(ΣQac(i))(i=1〜空調機数)を演算する。この総和は、すなわち、電算機室に設置された各情報処理装置の発熱量の総和を意味する。そして、総和(ΣQac(i))＝一定、各情報処理装置の発熱量≧各情報処理装置発熱量のオフセット値、または、各情報処理装置の発熱量＝０（装置停止）、および、偏差ΔTap(j)≧0を制約条件とし、各空調機の消費電力の総和(ΣLac(i))（i=１〜空調機数）を評価関数として、これを最小とするj番目の情報処理装置、または、ラックをグルーピングしたゾーンの発熱量Qap(j)を演算、保存する。また同時に、この段階で計算される各空調機の消費電力Lac(i)、冷力Qac(i)も保存する（Ｓ８０３）。ここで、情報処理装置発熱量のオフセット値とは、装置の電源が入れられているとき、処理の負荷がなくても、最低限生じる発熱量である。ここで、情報処理装置の発熱量＝０の解が出た場合、すなわち、停止している装置がある場合は、制約条件の総和(ΣQac(i))＝一定の左辺を、総和＝上記総和値−停止装置のオフセット値の和に変更する。これは、停止している装置は、オフセット値の発熱量は生じないからである。この発熱量の評価は、各情報処理装置の発熱量と各情報処理装置の入排気冷却風温度差とは線形関係で与える。

以上では、非線形計画法による演算の例を示したが、空調機特性の準線形近似式、および、温度感度の線形近似式を予め作成しておけば、上記演算を短時間でおこなうことができる。

以上、Ｓ８０１〜Ｓ８０３の演算は、必ずしもその全てをおこなう必要は無く、要求される省エネルギ効果に合わせ、例えば、Ｓ８０１のみ、あるいは、Ｓ８０２まで、望ましくは最大の省エネルギ効果が得られる全段階の演算をおこなえばよい。

Ｓ８０１〜Ｓ８０３まで演算する場合、空調機監視・制御装置６００は、Ｓ８０１〜Ｓ８０３で得られた各空調機の設定温度、および、各情報処理装置の発熱量を、空調機設定温度変更指示部６３０からデータ入出力部６１０を通して各空調機、および情報処理装置監視・制御装置５００に出力する。

本発明の一実施形態に係る電算機室の装置、および、設備の構成を示す鳥瞰図である。 空調機監視・制御装置６００のハードウェア構成を示す構成図である。 空調機監視・制御装置６００の機能構成を示す構成図である。 情報処理装置監視・制御装置５００のハードウェア構成を示す構成図である。 情報処理装置監視・制御装置５００の機能構成を示す構成図である。 空調機に対する情報処理装置の温度感度係数を求める処理を示すフローチャートである。 情報処理装置に対する空調機の温度感度係数を求める処理を示すフローチャートである。 消費電力最小化演算モジュール６３３により、空調機の消費電力を最小化する演算をおこなう処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…電算機室
２…床上主空間
３…床下冷却風給気空間
４…給気口
５ａ〜５ｅ…情報処理装置を収納したラック
５１〜５３…ラック列
６１〜６４…空調機
６１ａ、６３ａ…吐出風温センサ
６１ｂ、６３ｂ…吸込風温センサ
１５１ａ…入気センサ
１５２ｂ、１５３ｂ…排気センサ
５００…情報処理装置監視・制御装置
５１０…データ入出力部
５２０…情報処理装置監視部
５３０…情報処理装置作業指示部
６００…空調機監視・制御装置
６１０…データ入出力部
６２０…各測定点温度計測・記憶部
６３０…空調機設定温度変更指示部
６３１…空調機設定温度変更演算モジュール
６３２…温度感度演算モジュール
６３３…消費電力最小化演算モジュール
６３４…情報処理装置入気温度余裕度演算モジュール
６３５…空調機サイクル演算モジュール
６４０…情報処理装置データベース
６４１…情報処理装置仕様テーブル
６４２…情報処理装置設置位置テーブル
６４３…情報処理装置入気温度上限値テーブル
７００、７０５、７０６…通信ライン。

Claims (8)

1. 一つ以上の情報処理装置と一つ以上の空調機とが設置された電算機室における空調設備制御システムにおいて、
   前記電算気室を循環させる空気の前記情報処理装置の入気部分と、前記空気の前記情報処理装置の排気部分と、前記空気の前記空調機の吸込部分と、前記空気の前記空調機の吐出部分とに、各々温度を測定する温度センサを有し、
   前記情報処理装置を監視・制御する情報処理装置監視・制御装置と、
   前記空調機を監視・制御し、また、前記温度センサの出力を取り込む空調機監視・制御装置とを備え、
   前記情報処理装置監視・制御装置、または、前記空調機監視・制御装置は、前記情報処理装置の仕様、配置情報のデータを蓄積する情報処理装置データベースを有し、
   前記空調機監視・制御装置は、
   前記空調機および前記情報処理装置監視・制御装置とデータを入出力するデータ入出力部と、
   前記各温度センサにより収集した温度を記憶する記憶部と、
   前記空調機の空気の吐出温度を制御する各空調機設定温度指示部とからなり、
   さらに、前記各空調機設定温度指示部は、
   空調機設定温度を変更する空調機設定温度変更演算モジュールと、
   情報処理装置に入気される温度と上限との偏差を演算する情報処理装置入気温度余裕度演算モジュールと、
   前記空調の冷却サイクルを演算し、前記空調機の消費電力を求める空調機サイクル演算モジュールと、
   前記空調機に対する情報処理装置の温度感度係数と、前記情報処理装置に対する前記空調機の温度感度係数とを演算する温度感度演算モジュールとを備えることを特徴とする空調設備制御システム。
2. 前記温度感度演算モジュールは、実働している前記電算機室、あるいは、前記電算機室をモデル化した熱流体シミュレーションを用い、各空調機の空気の吐出温度をある温度幅で１台のみ順次変更し、それによる前記情報処理装置の入気部分と、前記情報処理装置の排気部分に設置された温度センサにより、温度変化を計測し、あるいは、前記熱流体シミュレーション上での前記情報処理装置空間の温度変化計算値を取り込み、前記情報処理装置の入気部分と前記情報処理装置の排気部分の温度変化値を、前記空調機の空気の吐出温度の変更した温度幅で除したものを、前記空調機に対する情報処理装置の温度感度係数として記憶し、
   前記温度感度演算モジュールは、前記情報処理装置の排気部分の温度をある温度幅で１台のみ順次変更し、それによる前記空調機の吸込部分の温度を取り込み、前記空調機の吸込部分の温度の変化値を、前記情報処理装置の排気部分の温度幅で除したものを、前記情報処理装置に対する前記空調機の温度感度係数として記憶し、
   前記情報処理装置入気温度余裕度演算モジュールは、前記空調機に対する情報処理装置の温度感度係数を参照し、実働している電算機室の前記情報処理装置の入気部分に設置された温度センサの温度計測値と前記情報処理装置データベースに蓄えられた情報処理装置吸込温度上限値との偏差を演算、記憶し、
   前記空調機設定温度変更演算モジュールは、前記偏差の相乗和を最小とする各空調機の空気の吐出温度を演算、記憶し、この各空調機の空気の吐出温度を各空調機の制御指示温度として、前記データ入出力部より各空調機に出力することを特徴とする請求項１記載の空調設備制御システム。
3. 前記空調機の空気の吐出温度を制御指示温度として各空調機に出力せず、
   前記空調機設定温度変更演算モジュールは、さらに、前記空調機に対する情報処理装置の温度感度係数を参照し、前記各空調機の空気の吐出温度を初期値とし、各空調機の消費電力の総和を最小とする各空調機の空気の吐出温度を演算、記憶し、その各空調機の消費電力の総和を最小とする各空調機の空気の吐出温度を各空調機の制御指示温度として、前記データ入出力部より各空調機に出力することを特徴とする請求項２記載の空調設備制御システム。
4. 一つ以上の情報処理装置と一つ以上の空調機とが設置された電算機室における電力管理システムにおいて、
   前記電算気室を循環させる空気の前記情報処理装置の入気部分と、前記空気の前記情報処理装置の排気部分と、前記空気の前記空調機の吸込部分と、前記空気の前記空調機の吐出部分とに、各々温度を測定する温度センサを有し、
   前記情報処理装置を監視・制御する情報処理装置監視・制御装置と、
   前記空調機を監視・制御し、また、前記温度センサの出力を取り込む空調機監視・制御装置とを備え、
   前記情報処理装置監視・制御装置、または、前記空調機監視・制御装置は、前記情報処理装置の仕様、配置情報のデータを蓄積する情報処理装置データベースを有し、
   前記空調機監視・制御装置は、
   前記空調機および前記情報処理装置監視・制御装置とデータを入出力するデータ入出力部と、
   前記各温度センサにより収集した温度を記憶する記憶部と、
   前記空調機の空気の吐出温度を制御する各空調機設定温度指示部とからなり、
   さらに、前記各空調機設定温度指示部は、
   空調機設定温度を変更する空調機設定温度変更演算モジュールと、
   情報処理装置に入気される温度と上限との偏差を演算する情報処理装置入気温度余裕度演算モジュールと、
   前記空調の冷却サイクルを演算し、前記空調機の消費電力を求める空調機サイクル演算モジュールと、
   前記空調機に対する情報処理装置の温度感度係数と、前記情報処理装置に対する前記空調機の温度感度係数とを演算する温度感度演算モジュールとを備え、
   前記情報処理装置監視・制御装置は、
   前記情報処理装置の運転状態を取り込み、作業を割り当てる指示を出すデータ入出力部と、
   前記情報処理装置を監視する情報処理装置監視部と
   、各情報処理装置への作業（負荷）を割り当てを演算し、指示を出す情報処理装置作業指示部とを備えることを特徴とする電算機室における電力管理システム。
5. 前記空調機設定温度変更演算モジュールは、さらに、前記情報処理装置に対する前記空調機の温度感度係数を参照し、各空調機の消費電力の総和を最小とする前記情報処理装置、または、ラックをグループ化した前記情報処理装置の集合体の各発熱量を、その発熱量の総和が演算された前記各空調機の冷風吐出温度における各空調機の冷力の総和に等しくなる条件化で、各空調機の消費電力の総和を最小とする前記情報処理装置、または、ラックをグループ化した情報処理装置の集合体の各発熱量を演算、記憶し、前記データ入出力部を通して情報処理装置監視・制御装置に送ることを特徴とする請求項４記載の電算機室における電力管理システム。
6. 前記空調機監視・制御装置より送られてきた前記情報処理装置、または、ラックをグループ化した情報処理装置の集合体の各発熱量を参照し、前記情報処理装置作業指示部にて、各情報処理装置への最適な作業の割り振りを演算、記憶し、前記データ入出力部を介して各情報処理装置に作業指示を出すことを特徴とする請求項４記載の電算機室の電力管理システム。
7. 一つ以上の情報処理装置と一つ以上の空調機とが設置された電算機室における空調設備制御システムの空調設備制御方法において、
   前記空調設備制御システムは、
   前記情報処理装置を監視・制御する情報処理装置監視・制御装置と、
   前記空調機を監視・制御し、また、前記温度センサの出力を取り込む空調機監視・制御装置とを備え、
   前記情報処理装置監視・制御装置、または、前記空調機監視・制御装置は、前記情報処理装置の仕様、配置情報のデータを蓄積する情報処理装置データベースを有し、
   前記電算気室を循環させる空気の前記情報処理装置の入気部分と、前記空気の前記情報処理装置の排気部分と、前記空気の前記空調機の吸込部分と、前記空気の前記空調機の吐出部分とに、各々温度を測定する温度センサを設置するステップと、
   前記空調機監視・制御装置は、前記温度センサから測定した温度情報を収集するステップと、
   前記空調機監視・制御装置は、前記温度情報に基づき、各々の前記空調機の吐出温度に対する各々の前記情報処理装置の入気温度と、排気温度との温度感度係数と、各々の前記情報処理装置の排気温度に対する各々の前記空調機の吸込温度に対する温度感度係数とを求めるステップと、
   前記空調機監視・制御装置は、前記各々の前記空調機の吐出温度に対する各々の前記情報処理装置の入気温度と、排気温度との温度感度係数に基づき、前記情報処理装置の吐出温度の偏差の相乗和を最小にする各空調機の吐出温度と、そのときの各空調機の吐出温度における消費電力と、冷力とを求めるステップと、
   前記空調機監視・制御装置は、前記各々の前記空調機の吐出温度に対する各々の前記情報処理装置の入気温度と、排気温度との温度感度係数に基づき、前記空調機の消費電力の総和を最初にする各空調機の吐出温度と、そのときの各空調機の吐出温度における消費電力と、冷力とを求めるステップと、
   前記空調機監視・制御装置は、前記情報処理装置の吐出温度の偏差の相乗和を最小にする各空調機の吐出温度、または、前記空調機の消費電力の総和を最初にする各空調機の吐出温度を、各空調機に設定温度として出力するステップとを有することを特徴とする空調設備制御方法。
8. 一つ以上の情報処理装置と一つ以上の空調機とが設置された電算機室における電力管理システムの電力管理方法において、
   前記電力管理システムは、
   前記情報処理装置を監視・制御する情報処理装置監視・制御装置と、
   前記空調機を監視・制御し、また、前記温度センサの出力を取り込む空調機監視・制御装置とを備え、
   前記情報処理装置監視・制御装置、または、前記空調機監視・制御装置は、前記情報処理装置の仕様、配置情報のデータを蓄積する情報処理装置データベースを有し、
   前記電算気室を循環させる空気の前記情報処理装置の入気部分と、前記空気の前記情報処理装置の排気部分と、前記空気の前記空調機の吸込部分と、前記空気の前記空調機の吐出部分とに、各々温度を測定する温度センサを設置するステップと、
   前記空調機監視・制御装置は、前記温度センサから測定した温度情報を収集するステップと、
   前記空調機監視・制御装置は、前記温度情報に基づき、各々の前記空調機の吐出温度に対する各々の前記情報処理装置の入気温度と、排気温度との温度感度係数と、各々の前記情報処理装置の排気温度に対する各々の前記空調機の吸込温度に対するの温度感度係数とを求めるステップと、
   前記空調機監視・制御装置は、前記各々の前記空調機の吐出温度に対する各々の前記情報処理装置の入気温度と、排気温度との温度感度係数に基づき、前記情報処理装置の吐出温度の偏差の相乗和を最小にする各空調機の吐出温度と、そのときの各空調機の吐出温度における消費電力と、冷力とを求めるステップと、
   前記空調機監視・制御装置は、前記各々の前記空調機の吐出温度に対する各々の前記情報処理装置の入気温度と、排気温度との温度感度係数に基づき、前記空調機の消費電力の総和を最初にする各空調機の吐出温度と、そのときの各空調機の吐出温度における消費電力と、冷力とを求めるステップと、
   前記空調機監視・制御装置は、各々の前記情報処理装置の排気温度に対する各々の前記空調機の吸込温度に対する温度感度係数に基づき、前記空調機の消費電力の総和を最初にする各情報処理装置の発熱量とそのときの各情報処理装置の発熱量における空調機の消費電力と、冷力とを求めるステップと、
   前記空調機監視・制御装置は、前記情報処理装置の吐出温度の偏差の相乗和を最小にする各空調機の吐出温度、または、前記空調機の消費電力の総和を最初にする各空調機の吐出温度を、各空調機に設定温度として出力するステップと、
   前記空調機監視・制御装置は、前記空調機の消費電力の総和を最初にする各情報処理装置の発熱量を、前記情報処理装置監視・制御装置に出力するステップを有することを特徴とする電力管理方法。

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