JP5176840B2

JP5176840B2 - 空調制御システム及び空調制御方法

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Publication number: JP5176840B2
Application number: JP2008254304A
Authority: JP
Inventors: 良二下川; 康博頭島; 昇大島; 昌克仙田; 亞矢橋口; 匠杉浦; 昭前山
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: EP2169328A3; JP2010085011A; EP2169328A2; SG160304A1

Description

本発明は空調制御システムと及び空調制御方法に係り、特に、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器が多数配設された機器ルームを、空調機で効率的に冷却するための空調制御システム及び空調制御方法に関する。

近年、情報処理技術の向上やインタネット環境の発達に伴って、必要とされる情報処理量が増大しており、各種の情報を大量に処理するためのデータ処理センターがビジネスとして脚光をあびている。このデータ処理センターの例えばサーバルームには、コンピュータやサーバ等の電子機器が集約された状態で多数設置され、昼夜にわたって連続稼働されている。一般的に、サーバルームにおける電子機器の設置は、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、電子機器を機能単位別に分割して収納するラック（筐体）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。これら情報を処理する電子機器は、処理速度や処理能力が急速に向上してきており電子機器からの発熱量も上昇の一途をたどっている。

一方、これらの電子機器は、動作に一定の温度環境が必要とされ、正常に動作するための温度環境が比較的低く設定されているため、電子機器が高温状態に置かれるとシステム停止等のトラブルを引き起こす。このため、データ処理センターでは、電子機器を設置するサーバルームを空調機により冷却している。図６は、従来の空調システムの一例を示す説明図である。図６に示すように、複数のサーバ１が設置されるサーバルーム２に床置型の空調機３を設置し、室外には室外機４を設置する。そして、空調機３により冷却した空気を床下チャンバ５に供給し、床面に設置した給気口６を通してサーバルーム２に供給する。サーバルーム２のサーバ１は、前面から冷風を吸い込むことで内部発熱を冷却した後、背面から昇温した空気を排出している。

しかし、サーバ１の背面から排出された高温の空気がサーバ１前面の吸い込み側に回りこんで熱溜まりを形成して温度環境を悪化させる虞がある。このことから、従来は、冷却能力の大きな空調機を設置し、給気口６から吹き出す給気温度、又はサーバルームから空調機に戻る戻り温度を低めに設定すると共に、給気風量を最大にして空調機を制御することで、温度環境の悪化が発生しないようにしている。したがって、サーバルーム２を冷房する空調機の空調動力が大幅に増加しているのが実情であり、空調動力の削減が急務となっている。

サーバルームを冷房する空調機の制御システムではないが、空調機の空調動力を削減する従来の方法が特許文献１及び特許文献２に提案されている。

特許文献１では、１以上の室外機と複数の室内機とを備え、第１決定部は室外機が空調対象空間に供給する室外供給熱量に基づいて室内機の稼働台数を決定し、制御部は第１決定部が決定した稼働台数に基づいて室内機の稼働台数を決定する。これにより、空調のための消費エネルギーを低減できるとされている。

また、特許文献２では、気層温度検出手段が室内の重力方向の温度分布を検出し、気層安定度判定モジュールが、その温度分布に基づき室内の気層の熱滴安定度を検出し、室内の上部ほど高温のときは気層の熱的安定度は高いと判定し逆の場合は低いと判定する。そして、送風量決定手段が気層の熱的安定度を送風量を決定する１要因として考慮して空調機の送風量を制御する。これにより、空調機の省エネルギーを達成できるとされている。
特開２００６−２２０３４５号公報特開平８−１５９５４２号公報

しかしながら、上記特許文献１や２の空調制御システムでは、電子機器個々に対する環境を守りながら、空調動力を削減するには不十分であると共に、精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器が多数配設された機器ルームを効率的に冷却するための空調制御システムには適用できない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を、空調機で効率的に空調することができるので、空調機のランニングコストを顕著に削減できる空調制御システム及び空調制御方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、多数の電子機器から発熱されて温められる機器ルームを空調機で冷却することにより、前記電子機器に吸い込まれる吸込み空気温度が目標温度になるように前記空調機を制御する空調制御システムにおいて、前記吸込み空気温度を測定する温度センサと、前記吸い込み空気温度から取り得る空調機の給気温度及び給気風量の組み合わせを計算すると共に、空調機の運転状態から消費電力を算出可能な空調機特性データを有し、前記目標温度になるように前記機器ルームを冷却するのに必要な冷熱量を得るために前記空調機の消費電力が最も小さくなる最適給気温度及び最適給気風量を、前記温度センサで測定された吸込み空気温度及び前記電子機器の消費電力に基づいて前記空調機特性データの中から選択するエネルギー最適化モジュールと、を備え、前記空調機を、前記エネルギー最適化モジュールで選択された最適給気温度と最適給気風量になるように制御し、前記エネルギー最適化モジュールで選択された最適給気温度及び最適給気風量で前記空調機を運転したときの前記機器ルームの温度分布予測をシミュレートする温度環境シミュレートモジュールと、前記シミュレートされた温度分布予測が許容閾値を超えるか否かを判定する判定モジュールと、前記判定された結果が前記許容閾値以内の場合には、前記選択された最適給気温度及び最適給気風量で前記空調機を制御する制御設定出力モジュールと、前記判定された結果が許容閾値を超える場合には、前記空調機特性データの中から次に消費電力が小さい給気温度と給気風量とを再選択するように前記エネルギー最適化モジュールに指示する運転状態再選択モジュールと、備え、前記温度環境シミュレートモジュールは、前記空調機の給気風量と、該給気風量に応じた前記機器ルームの気流状態との関係を予め求めた複数の風量・気流関係パターンを有し、前記温度分布予測をシミュレートするときには、前記前記エネルギー最適化モジュールで選択された最適給気風量に対応する気流パターンを用いてシミュレートすることを特徴とする空調制御システムを提供する。

ここで、目標温度とは、例えば電子機器が正常に動作するための機器ルームの機器吸い込み温度を言う。

請求項１の空調制御システムによれば、エネルギー最適化モジュールは、吸い込み空気温度から取り得る空調機の給気温度及び給気風量の組み合わせを計算すると共に、空調機の運転状態から消費電力を算出可能な空調機特性データを有している。そして、温度センサで測定された吸込み空気温度に基づいて空調機特性データの中から最適給気温度及び最適給気風量を選択し、選択された最適給気温度と最適給気風量になるように空調機を制御するようにしたので、ＣＯＰ［製造する冷熱量（ｋＷ）／投入電力量（ｋＷ）］を大きくすることができる。また、電子機器の運転負荷の変動は、温度センサで測定される吸い込み空気温度の変動となって現れ、選択される空調機の最適給気温度及び最適給気温度も自動的に変わるので、電子機器の運転負荷の変動に対しても速やかに対応できる。

これにより、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を、空調機で効率的に空調することができるので、空調機のランニングコストを顕著に削減できる。

そして、本発明は、前記エネルギー最適化モジュールで選択された最適給気温度及び最適給気風量で前記空調機を運転したときの前記機器ルームの温度分布予測をシミュレートする温度環境シミュレートモジュールと、前記シミュレートされた予測温度分布が許容閾値を超えるか否かを判定する判定モジュールと、前記判定された結果が前記許容閾値以内の場合には、前記選択された最適給気温度及び最適給気風量で前記空調機を制御する制御設定出力モジュールと、前記判定された結果が許容閾値を超える場合には、前記空調機特性データの中から次に消費電力が小さい給気温度と給気風量とを再選択するように前記エネルギー最適化モジュールに指示する運転状態再選択モジュールと、備える。

エネルギー最適化モジュールによって、電気機器の吸込み空気温度を目標値にするための空気機の消費電力を最も小さくできるが、機器ルームに温度分布が発生した場合には、機器ルームの温度偏在化により電子機器を正常に動作させる温度を超えるエリアが生じる虞がある。

本発明によれば、温度環境シミュレートモジュールは、エネルギー最適化モジュールで選択された最適給気温度及び最適給気風量で空調機を運転したときの機器ルームの温度分布予測をシミュレートする。そして、判定モジュールが、シミュレートされた温度分布予測が許容閾値を超えるか否かを判定し、許容閾値以内の場合には、選択された最適給気温度及び最適給気風量で空調機を制御する。また、判定モジュールが、許容閾値を超えると判定した場合には、エネルギー最適化モジュールが空調機特性データの中から次に消費電力が小さい給気温度と給気風量とを再選択し、再選択した給気温度と給気風量で再度シミュレートして、温度分布予測が許容閾値以内であれば、再選択した給気温度と給気温度で空調機を制御する。

これにより、機器ルームの温度偏在化により電子機器を正常に動作させる温度を超えるエリアが生じるのを、空調機のフィードフォーワード制御により予め回避することができる。

また、本発明は、前記温度環境シミュレートモジュールは、前記空調機の給気風量と、該給気風量に応じた前記機器ルームの気流状態との関係を予め求めた複数の風量・気流関係パターンを有し、前記温度分布予測をシミュレートするときには、前記エネルギー最適化モジュールで選択された最適給気風量に対応する気流パターンを用いてシミュレートする。これにより、シミュレートの高速化を実現できると共にシミュレートの高精度化を達成できる。

本発明の空調制御システムの更なる態様では、前記機器ルームの床面に形成され、前記空調機からの冷却空気が吹き出される複数の吹出口と、前記複数の吹出口にそれぞれ設けられ、該吹出口から吹き出す風量を調整する風量調整手段と、前記複数の風量調整手段を前記空調機の制御とは独立して制御する風量制御モジュールと、を備え、前記風量制御モジュールは、前記電子機器ごとに設けられた前記温度センサによって検出される前記機器ルームの温度分布に基づいて前記複数の風量調整手段の風量を制御することが好ましい。

これにより、機器ルームの温度偏在化により電子機器を正常に動作させる温度を超えるエリアが生じるのを、風量調整手段を用いたフィードバック制御により速やかに回避することができる。この場合、風量制御モジュールは、温度分布の原因となっている電子機器に対応する風量調整手段の風量を最大にしても温度分布が解消しないときには、アラーム信号をエネルギー最適化モジュールに送って、エネルギー最適化モジュールが空調機特性データの中から次に消費電力の小さい給気温度及び給気風量を再選択することが一層好ましい。これにより、機器ルームの温度分布に対して、よりきめ細かな対応を行うことができる。

請求項４に記載の発明は、前記目的を達成するために、多数の電子機器から発熱されて温められる機器ルームを空調機で冷却することにより、前記電子機器に吸い込まれる吸込み空気温度が目標温度になるように前記空調機を制御する空調制御方法において、前記吸込み空気温度を測定する第１工程と、前記目標温度になるように前記機器ルームを冷却するのに必要な冷熱量を得るために、前記空調機の消費電力が最も小さくなる最適給気温度及び最適給気風量を求める第２工程と、前記求めた最適給気温度及び最適給気風量で前記空調機を運転したときに前記機器ルームに発生する温度分布予測をシミュレートする第３工程と、前記第３工程でシミュレートした温度分布予測が許容閾値以内の場合には、前記最適給気温度及び最適給気風量で前記空調機を制御する第４工程と、前記第３工程で前記シミュレートした温度分布予測が前記許容閾値を超える場合には、前記第２工程に戻って次に消費電力が小さい給気温度と給気風量とを求めると共に、第３工程に戻って、求めた給気温度及び給気風量で前記機器ルームの温度分布予測を再度シミュレートする第５工程と、前記第５工程を少なくとも１回行って温度分布予測が許容閾値以内になったら、そのときの給気温度と給気風量で前記空調機を制御する第６工程と、を備え、前記第３工程では、前記空調機の給気風量と、該給気風量に応じた前記機器ルームの気流状態との関係を予め求めた複数の風量・気流関係パターンを有し、前記第２工程で求められた最適給気風量に対応する気流パターンを用いてシミュレートすることを特徴とする空調制御方法を提供する。

請求項４の空調制御方法は、吸い込み空気温度の測定から空調機の制御までの工程を特徴としたものであり、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を、空調機で効率的に空調することができるので、空調機のランニングコストを顕著に削減できる。また、空調機の消費電力が一番小さくなる最適給気温度と最適給気風量における機器ルームの温度分布予測を予めシミュレートし、許容閾値内の場合のみに空調機を最適給気温度と最適給気風量に制御するので、機器ルームの温度偏在化により電子機器を正常に動作させる温度を超えるエリアが生じるのを予め回避することができる。
そして、本発明は、前記第３工程では、前記空調機の給気風量と、該給気風量に応じた前記機器ルームの気流状態との関係を予め求めた複数の風量・気流関係パターンを有し、前記第２工程で求められた最適給気風量に対応する気流パターンを用いてシミュレートすることで、シミュレートの高速化を実現できると共にシミュレートの高精度化を達成できる。

本発明の空調制御方法の更なる態様では、前記第２工程では、前記吸い込み温度を前記目標温度にするのに必要な冷熱量を得るために前記空調機の消費電力が最も小さくなる最適給気温度及び最適給気風量を、前記吸い込み空気温度から取り得る空調機の給気温度及び給気風量の組み合わせを計算すると共に、前記空調機の運転状態から消費電力を算出可能な空調機特性データを用いて、取り得る各組み合わせに対応する空調機消費電力を算出し、その中で最も消費電力の小さい最適給気温度及び最適給気風量の組み合わせを抽出することが好ましい。

これにより、最適給気温度及び最適給気風量を得るために複雑な計算等が必要ないので、第２工程の高速処理が可能となる。

本発明に係る空調制御システム及び空調制御方法によれば、コンピュータ及びサーバ等の精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きな電子機器を、空調機で効率的に空調することができるので、空調機のランニングコストを顕著に削減できる。

以下、添付図面に従って本発明に係る空調制御システム及び空調制御方法の好ましい実施の形態について詳説する。なお、電子機器の一例として、サーバルームに配設されたサーバの例で説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の空調制御システム１０を示した概念図である。

図１に示すように、建屋１１内のサーバルーム１２の床１３上には、電子機器（以下、サーバ１４という）を収納する複数のサーバラック１６が配設される。サーバラックは約２ｍの高さに形成され、１つのサーバラック１６に複数のサーバ１４が段積みされる。

サーバ１４には、図２に示すようにファン１８が内蔵され、矢印２０に示すように、サーバ前面からサーバルーム１２の空気を吸い込むことで内部発熱を冷却した後、サーバ背面から昇温した空気を排出する。これにより、サーバ１４が正常に動作するように冷却される一方、排出された空気によりサーバルーム１２が温められる。

図１に示すように、サーバラック１６に段積みされた各サーバ１４の前面側（吸い込み面側）には、それぞれ第１の温度センサ２２が配設され、各サーバ１４に吸い込まれる吸い込み空気温度が測定される。

サーバルーム１２の床１３下には床下チャンバ２４が設けられると共に、床１３面には機械室２６に配置された空調機２８の室内機ユニット３０からの冷却空気をサーバルーム１２に吹き出すための複数の吹出口３２が形成される。室内機ユニット３０が配設される機械室２６は、仕切壁３４によってサーバルーム１２及び床下チャンバ２４と仕切られる。仕切壁３４の上部位置には、サーバルーム１２の空気を機械室２６に取り込む取込口３６が形成されると共に、仕切壁３４の下部位置には、空調機２８で冷却された冷却空気を床下チャンバ２４に吐出する吐出口３８が形成される。そして、サーバルーム１２の空気は機械室２６に取り込まれた後、空調機２８で冷却され、冷却空気が床下チャンバ２４を介して吹出口３２からサーバルーム１２に吹き出される。これにより、サーバ１４に吸い込まれるサーバルーム１２の空気を、サーバ１４が正常に動作する吸い込み空気温度まで冷却する。一般的には、サーバ１４に吸い込まれる吸い込み空気温度は２０℃〜２５℃に制御され、サーバ１４の内部発熱で昇温されることにより、約４０℃でサーバルームに排出される。空調機２８からの給気温度は、床下チャンバ２４の吐出口３８近傍に設けられた第２の温度センサ２９によってモニタリングされ、機械室２６に戻る戻り温度は、機械室２６の取込口３６近傍に設けられた第３の温度センサ３１によってモニタリングされる。これら第１〜第３の温度センサ２２、２９、３１で測定された温度データは、信号ケーブルを介してコントローラ４０に入力される。

図３に示すように、サーバラック１６は、サーバルーム１２の分割エリア（破線で表示）ごとに例えば６つにグループ化され、機械室２６にはグループごとに対応してそれぞれ空調機２８の室内機ユニット３０が配設される。

図１に示すように、室内機ユニット３０は、筐体内に、フィルタ４２、冷却パネル４４、ファン４６が主として収納され、冷却パネル４４を冷却する冷媒を流す冷媒配管４８が空調機２８の室外機ユニット５０に接続される。空調機２８を運転したときの消費電力は、主として、ファン動力（空気搬送動力）と室外機ユニット５０で空気を冷却する圧縮機動力と見做すことができ、ファン４６動力と圧縮機動力によって消費される消費電力を如何に削減するかが空調機２８の効率運転にとって重要になる。

空調機２８のファン４６と圧縮機とは、本発明の空調制御システム１０の中枢部であるコントローラ４０によって制御される。空調機２８のファン制御は、インバータ５２によるファンの周波数制御を行うことが好ましい。

図４に示すように、コントローラ４０は、主として、エネルギー最適化モジュール５４と、温度環境シミュレートモジュール５６と、判定モジュール５８と、制御設定出力モジュール６０と、運転状態再選択モジュール６２とで構成される。

以下、図４を用いて各モジュールの働き及び情報や指示の流れを説明しながら、本発明の空調制御方法について説明する。

エネルギー最適化モジュール５４は、サーバ１４に吸い込まれるサーバルーム１２の吸い込み空気温度を目標温度にするために、空調機２８の消費電力が最も小さくなる最適給気温度と最適給気風量を得るためのモジュールである。即ち、サーバ１４の前面に配置された第１の温度センサ２２で測定されるサーバルーム１２の吸い込み空気温度Ｔ１を目標温度Ｔ２（例えば２５℃）にするために必要な冷熱量を得る方法は、空調機２８の特性により、給気温度を下げて給気風量を少なくする方法と、給気温度を上げて給気風量を多くする方法とで、空調機２８の消費電力が異なる。したがって、エネルギー最適化モジュール５４には、吸い込み空気温度Ｔ１から取り得る空調機２８の給気温度及び給気風量の組み合わせを計算すると共に、空調機２８の運転状態から消費電力を算出可能な空調機特性データであるエネルギーテーブルが内蔵されている。

そして、第１の温度センサ２２で測定された吸い込み空気温度が、入出力ユニット６４を介してエネルギー最適化モジュール５４に入力されると、エネルギー最適化モジュール５４のエネルギーテーブルから冷熱量に応じた最適給気温度と最適給気風量を選択する。

この場合、サーバ１４がサーバラック１６に段積みされ、床１３面の吹出口３２から空調機２８の冷却空気が吹き出されるため、サーバラック最上部に積まれたサーバ１４ほど吸い込み空気温度が高くなり易い。したがって、サーバラック最上部に積まれたサーバ１４の吸い込み空気温度を目標温度にするための最適給気温度と最適給気温度を選択することが好ましい。

尚、エネルギー最適化モジュール５４には、第１の温度センサ２２からの吸い込み空気温度情報の他に、各サーバ１４の消費電力をモニタリングして得られる各サーバ１４の現在負荷情報や、各サーバ１４の運転を管理する管理ソフト６６から得られる各サーバ１４の将来負荷情報を入力させることが好ましい。これら現在及び将来のサーバ負荷情報を加味して、空調機２８の最適給気温度と最適給気風量を決定することで、一層きめ細かな空調制御を行うことができる。

選択された最適給気温度及び最適給気風量は、温度環境シミュレートモジュール５６に入力される。温度環境シミュレートモジュール５６は、選択された最適給気温度及び最適給気風量で空調機を制御したときのサーバルーム１２における温度分布予測をシミュレートするモジュールである。本実施の形態で使用した温度分布予測をシミュレートする解析ソフトは、出願人が自社で構築・改良したものであるが特殊なものではなく、市販されている汎用の温熱環境解析ソフト（例えば、熱流体解析ソフトウエアFluent:アシスト・ジャパン（株）製）を代用することができる。

温度環境シミュレートモジュール５６には、サーバルーム情報入出力ユニット６８を介してサーバルーム１２の構造情報、機械室２６に配置された複数の室内機ユニット３０配置情報等のシミュレートするために必要な情報が入力される。また、温度環境シミュレートモジュール５６には、空調機２８の給気風量と、そのときのサーバルーム１２の気流状態との関係を予め求めた複数の風量・気流関係パターンが複数パターン（例えば５０パターン）内蔵されている。そして、温度分布予測をシミュレートするときには、エネルギー最適化モジュールで選択された最適給気風量に対応する気流パターンを用いてシミュレートする。これにより、シミュレートの高速化及び高精度化を図ることができる。

温度環境シミュレートモジュール５６でシミュレートされた温度分布予測は、次に判定モジュール５８に入力される。判定モジュール５８は、シミュレートされた温度分布予測が許容閾値以内であるか、許容閾値を超えるかを判定するモジュールである。

判定モジュール５８は、多数のサーバ前面に配置された第１の温度センサ２２で測定されたサーバルーム１２の空気温度の最高と最低の温度差が許容閾値（例えば５℃）以内であれば、ＯＫ信号を制御設定出力モジュール６０に送る。制御設定出力モジュール６０は、空調機２８に給気温度と給気風量とを設定するモジュールであり、ＯＫ信号の場合にはエネルギー最適化モジュール５４で選択された最適給気温度と最適給気風量に空調機２８を設定する。

これにより、ＣＯＰ［製造する冷熱量（ｋＷ）／投入電力量（ｋＷ）］を大きくすることができる。また、サーバ１４の運転負荷の変動は、第１の温度センサ２２で測定される吸い込み空気温度の変動となって現れ、選択される空調機２８の最適給気温度及び最適給気温度も自動的に変わるので、サーバ１４の運転負荷の変動に対しても速やかに対応できる。この結果、精密動作が要求され且つそれ自体からの発熱量が大きなサーバ１４を、空調機２８で効率的に空調することができるので、空調機２８のランニングコストを顕著に削減できる。

この場合、サーバルーム１２の温度分布予測をシミュレートすることで、上記したサーバルーム１２を分割した６つのエリアのどのエリアに冷熱が過大であるか過小であるかの冷熱バランスが分かる。したがって、制御設定出力モジュール６０は、空調機２８に最適給気温度及び最適給気風量を設定する他に、冷熱バランスに応じて複数の空調機２８のＯＮ−ＯＦＦ設定を行ってもよい。これにより、空調機２８の消費電力の更なる削減を図ることができる。

一方、判定モジュール５８は、許容閾値を超えると判定した場合、ＮＧ信号を運転状態再選択モジュール６２に送る。運転状態再選択モジュール６２は、エネルギー最適化モジュール５４に対して最適給気温度と最適給気風量の次に空調機２８の消費電力が小さくなる給気温度及び給気風量を選択するように指示するモジュールである。これにより、運転状態再選択モジュール６２→エネルギー最適化モジュール５４→温度環境シミュレートモジュール５６を経て再び判定モジュール５８に戻る制御ループが形成される。即ち、エネルギー最適化モジュール５４で再選択された給気温度と給気風量は、再び温度環境シミュレートモジュール５６に送られ、サーバルーム１２の温度分布予測が再度行われる。そして、判定モジュール５８が許容閾値以内と判定するまで前記制御ループを繰り返し、許容閾値以内と判定したら、ＯＫ信号を制御設定出力モジュール６０に送る。制御設定出力モジュール６０は、許容閾値以内となったときの給気温度と給気風量とで空調機２８を設定する。これにより、サーバルーム１２の温度偏在化によりサーバを正常に動作させる温度を超えるエリアが生じるのを予め回避しながら、空調機２８の消費電力を削減できる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態の空調制御システム１０を示した概念図である。

第１の実施の形態では、温度環境シミュレートモジュール５６によって、サーバルーム１２の温度分布予測をシミュレートすることで、サーバルーム１２に温度分布が形成されるのをフィードフォーワード制御により予め回避するようにした。

しかし、第２の実施の形態では、風量調整手段７０を用いたフィードバック制御によりサーバルーム１２の温度分布を回避するように構成したものである。尚、第１の実施の形態と同じものについては同符号を付すと共に、説明は省略する。

風量調整手段７０としては、ダンパ、ファン等を使用でき、本実施の形態ではダンパの例で説明する。

図５に示すように、サーバルーム１２の床１３面に形成された複数の吹出口３２には、吹き出し風量を調整するダンパ７０がそれぞれ設けられる。そして、各ダンパ７０の開度は風量制御モジュール７２によって空調機２８の制御とは別個独立して制御される。

一方、サーバルーム１２の略全体にサーバラック１６が配置され、サーバラック１６に段積みされた複数のサーバ１４の前面にそれぞれ第１の温度センサ２２が配置されることで、サーバルーム１２の高さ方向及び面方向（水平方向）の温度分布が測定される。測定された温度分布情報は風量制御モジュール７２に逐次入力される。

風量制御モジュール７２は、測定された温度分布情報に基づいて、温度分布が小さくなるように、各ダンパ７０の開度をフィードバック制御する。かかるフィードバック制御において、風量制御モジュール７２は、温度分布情報から温度分布の最大温度が何度になっているかを判断する。そして、最大温度がサーバ１４に吸い込まれる吸い込み温度の許容閾値（例えば３０℃）を超えており、対応するダンパ開度を全開にしても許容閾値以内にならない場合には、アラーム信号をコントローラ４０に送る。

アラーム信号を受けたコントローラ４０は、空調機２８の現在の制御では問題があると判断してエネルギー最適化モジュール５４の再選択を行う。即ち、エネルギー最適化モジュール５４は、エネルギーテーブルの中から次に消費電力の小さい給気温度及び給気風量を再選択して、空調機２８から床下チャンバ２４に吐出する冷風温度を下げる。風量制御モジュール７２は、この状態でダンパ開度を全開にして許容閾値内になるようにし、許容閾値にならない場合には再びコントローラ４０にアラーム信号を出す。

これにより、省エネを図りながら、サーバルーム１２の温度偏在化によりサーバ１４を正常に動作させる温度を超えるエリアが生じるのを防止することができる。

尚、第２の実施の形態では、サーバルーム１２に発生する温度分布をフィードバック制御で解消するようにしたが、第１の実施の形態で説明したシミュレートによるフィードフォーワード制御を組み合わせることが一層好ましい。この場合には、フィードフォーワード制御では考慮されていない外乱等によるサーバルーム１２の温度分布をフィードバック制御で補助するとよい。

また、本実施の形態では、空調機２８からの冷却空気を、床下チャンバ２４を介して床１３面に形成された吹出口３２からサーバルーム１２に吹き出すようにした。しかし、本発明は、サーバルーム１２の天井面から吹き出したり、サーバルームの側壁から吹き出す場合にも適用できる。また、電子機器としてサーバ１４の例で説明したが、特に限定されず、各種電子機器や装置の排熱処理に本発明を適用できる。

本発明に係る空調制御システムの第１の実施形態を説明する概念図サーバラックに段積みされたサーバを説明する説明図サーバルームと機械室の平面図空調機を制御するコントローラの構成を示す構成図。本発明に係る空調制御システムの第２の実施形態を説明する概念図従来の空調システムの一例を説明する概念図

符号の説明

１０…空調制御システム、１２…サーバルーム、１３…床、１４…サーバ、１６…サーバラック、１８…サーバのファン、２２…第１の温度センサ、２４…床下チャンバ、２６…機械室、２８…空調機、２９…第２の温度センサ、３０…室内機ユニット、３１…第３の温度センサ、３２…吹出口、３４…仕切壁、３６…取込口、３８…吐出口、４０…コントローラ、４２…フィルタ、４４…冷却パネル、４６…空調機のファン、４８…冷媒配管、５０…室外機ユニット、５２…インバータ、５４…エネルギー最適化モジュール、５６…温度環境シミュレートモジュール、５８…判定モジュール、６０…制御設定出力モジュール、６２…運転状態再選択モジュール、６４…入出力ユニット、６６…管理ソフト、６８…サーバルーム情報入出力ユニット、７０…風量調整手段（例えばダンパ）、７２…風量制御モジュール

Claims

多数の電子機器から発熱されて温められる機器ルームを空調機で冷却することにより、前記電子機器に吸い込まれる吸込み空気温度が目標温度になるように前記空調機を制御する空調制御システムにおいて、
前記吸込み空気温度を測定する温度センサと、
前記吸い込み空気温度から取り得る空調機の給気温度及び給気風量の組み合わせを計算すると共に、空調機の運転状態から消費電力を算出可能な空調機特性データを有し、前記目標温度になるように前記機器ルームを冷却するのに必要な冷熱量を得るために前記空調機の消費電力が最も小さくなる最適給気温度及び最適給気風量を、前記温度センサで測定された吸込み空気温度及び前記電子機器の消費電力に基づいて前記空調機特性データの中から選択するエネルギー最適化モジュールと、を備え、
前記空調機を、前記エネルギー最適化モジュールで選択された最適給気温度と最適給気風量になるように制御し、
前記エネルギー最適化モジュールで選択された最適給気温度及び最適給気風量で前記空調機を運転したときの前記機器ルームの温度分布予測をシミュレートする温度環境シミュレートモジュールと、
前記シミュレートされた温度分布予測が許容閾値を超えるか否かを判定する判定モジュールと、
前記判定された結果が前記許容閾値以内の場合には、前記選択された最適給気温度及び最適給気風量で前記空調機を制御する制御設定出力モジュールと、
前記判定された結果が許容閾値を超える場合には、前記空調機特性データの中から次に消費電力が小さい給気温度と給気風量とを再選択するように前記エネルギー最適化モジュールに指示する運転状態再選択モジュールと、備え、
前記温度環境シミュレートモジュールは、前記空調機の給気風量と、該給気風量に応じた前記機器ルームの気流状態との関係を予め求めた複数の風量・気流関係パターンを有し、前記温度分布予測をシミュレートするときには、前記前記エネルギー最適化モジュールで選択された最適給気風量に対応する気流パターンを用いてシミュレートすることを特徴とする空調制御システム。
前記機器ルームの床面に形成され、前記空調機からの冷却空気が吹き出される複数の吹出口と、
前記複数の吹出口にそれぞれ設けられ、該吹出口から吹き出す風量を調整する風量調整手段と、
前記複数の風量調整手段を前記空調機の制御とは独立して制御する風量制御モジュールと、を備え、
前記風量制御モジュールは、前記電子機器ごとに設けられた前記温度センサによって検出される前記機器ルームの温度分布に基づいて前記複数の風量調整手段の風量を制御することを特徴とする請求項１に記載の空調制御システム。
前記風量制御モジュールは、前記温度分布の原因となっている電子機器に対応する風量調整手段の風量を最大にしても前記温度分布が解消しないときには、アラーム信号を前記エネルギー最適化モジュールに送り、
該エネルギー最適化モジュールは、前記空調機特性データの中から次に消費電力の小さい給気温度及び給気風量を再選択することを特徴とする請求項２に記載の空調制御システム。
多数の電子機器から発熱されて温められる機器ルームを空調機で冷却することにより、前記電子機器に吸い込まれる吸込み空気温度が目標温度になるように前記空調機を制御する空調制御方法において、
前記吸込み空気温度を測定する第１工程と、
前記目標温度になるように前記機器ルームを冷却するのに必要な冷熱量を得るために、前記空調機の消費電力が最も小さくなる最適給気温度及び最適給気風量を求める第２工程と、
前記求めた最適給気温度及び最適給気風量で前記空調機を運転したときに前記機器ルームに発生する温度分布予測をシミュレートする第３工程と、
前記第３工程でシミュレートした温度分布予測が許容閾値以内の場合には、前記最適給気温度及び最適給気風量で前記空調機を制御する第４工程と、
前記第３工程で前記シミュレートした温度分布予測が前記許容閾値を超える場合には、前記第２工程に戻って次に消費電力が小さい給気温度と給気風量とを求めると共に、第３工程に戻って、求めた給気温度及び給気風量で前記機器ルームの温度分布予測を再度シミュレートする第５工程と、
前記第５工程を少なくとも１回行って温度分布予測が許容閾値以内になったら、そのときの給気温度と給気風量で前記空調機を制御する第６工程と、を備え、
前記第３工程では、前記空調機の給気風量と、該給気風量に応じた前記機器ルームの気流状態との関係を予め求めた複数の風量・気流関係パターンを有し、前記第２工程で求められた最適給気風量に対応する気流パターンを用いてシミュレートすることを特徴とする空調制御方法。
前記第２工程では、前記吸い込み温度を前記目標温度にするのに必要な冷熱量を得るために前記空調機の消費電力が最も小さくなる最適給気温度及び最適給気風量を、前記吸い込み空気温度から取り得る空調機の給気温度及び給気風量の組み合わせを計算すると共に、前記空調機の運転状態から消費電力を算出可能な空調機特性データを用いて、取り得る各組み合わせに対応する空調機消費電力を算出し、その中で最も消費電力の小さい最適給気温度及び最適給気風量の組み合わせを抽出することを特徴とする請求項４に記載の空調制御方法。