JP5263840B2 - 空調システム - Google Patents

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。

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ー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。

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。

そのため、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構成が提案されている。

たとえば、特開２００２−６１９１１号公報（特許文献１）には、空気循環方式で高密度電算機室の冷房運転を実施するにあたり、循環風量を低減すると共に、冷凍機による冷媒使用量を低減するための電算機室の冷房方法が開示されている。より具体的には、特許文献１に開示される電算機室の冷房方法では、電算機室において、空調機からの空調空気が給気ダクトを通じて低速で床下から吹き出される構成が開示されている。

また、特開２００４−１８４０７０号公報（特許文献２）には、機器を十分に冷却することができるとともに省エネルギーにも貢献する機器収納用ラックなどが開示されている。より具体的には、特許文献２には、床下に内部空間を有する通路と、該通路を挟んで両側に設置され、前面から給気して上面または背面に廃熱を排気する機器収容用ラック群と、空気調和装置とを備える構成が開示されている。

また、特開２００５−２６０１４８号公報（特許文献３）には、機器を十分に冷却することができるとともに省エネルギーにも貢献する電算機室用空調システムなどが開示されている。より具体的には、特許文献３には、機器が収容され、前面から給気して上面または背面から熱を帯びた空気を排気する機器収容用ラックに、上面または背面から排出された空気の前面側への回り込みを阻止する回り込み防止装置が設けられた構成が開示されている。

特開２００２−６１９１１号公報 特開２００４−１８４０７０号公報 特開２００５−２６０１４８号公報

上述した特許文献１〜３に開示される空調システムは、いずれも、空調対象室を冷却するための空調空気（冷気）をラックが配置されている床下（床下空間）から吹き出すように構成されている。

しかしながら、床下空間を通じて空調空気を空調対象室へ吹き出す場合には、空調機と床下空間との間の開口部で発生する圧力損失が大きく、より多くのファン動力が必要であった。また、開口部近傍に位置する床開口は、床下での動圧（風速）が大きくなるため、空調対象室へ空調空気が給気されにくい、あるいは、空調対象室へ給気された空調空気が床下へ逆流するという場合もあった。

本発明は、この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。

本発明のある局面に従えば、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を提供する。空調システムは、複数のラックの給気面と接する第１の空間と、複数のラックの排気面と接する第２の空間とを区画するための区画部と、第１の空間へ空調空気を供給するための空調機構と、第２の空間から廃熱空気を排出するための還気機構と、空調対象室の第１の空間内の側壁面に設けられた、空調機構からの空調空気を吹き出すための吹出口とを含む。複数のラックは、排気面同士が対向するように隣接して配置された一対のラック群の単位で構成されており、区画部は、一対のラック群の各々についての排気面側に位置する空間を、空調対象室の他の空間から区切るように構成されており、吹出口は、空調空気を一対のラック群の延びる方向に吹き出すような位置に設けられ、側壁面において吹出口が占める幅の合計値がラック群を当該側壁面へ投影して生じる幅の合計値より大きくなるように構成される。

好ましくは、吹出口は、対向する一対の側壁面にそれぞれ設けられる。
好ましくは、空調機構は、複数の吹出口にそれぞれ対応付けて配置された複数のユニットを含む。複数のユニットの各々は、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つのファンとを含み、熱交換器に供給される冷媒は、空調対象室の露点温度より高い温度に維持される。

さらに好ましくは、空調システムは、複数のラック内の情報処理機器での消費電力を検出する消費電力検出手段と、複数のラックから排出される廃熱空気の温度を検出する温度検出手段と、消費電力検出手段によって検出される消費電力および温度検出手段によって検出される温度に基づいて、第１の空間へ供給する空調空気の必要空調量を算出する手段と、算出された必要空調量に基づいて、複数のユニットが稼動すべき状態を決定する手段と、決定されたが稼動すべき状態に従って、複数のユニットの運転／停止を制御する制御手段とをさらに含む。

さらに好ましくは、制御手段は、各ユニットの累積稼動期間が平準化されるように、算出された稼動させる必要のあるユニットの数の条件下で、複数のユニットの運転／停止を制御する。

好ましくは、ファン通過面積の合計が吹出口の開口の面積の５０％以上となるように、少なくとも１つのファンが配置される。

本発明によれば、空調機構が第１の空間へ空調空気を直接的に供給する構造を採用するため、従来の構造のような空調機から床下空間への開口部、および、床下空間から空調対象室への床面開口部での圧力損失が生じない。これにより、空調空気を供給するためのファン動力が少なくて済み、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できる。

本実施の形態に従う空調システムを示す全体斜視図である。 図１に示すサーバールームの平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。 図１に示す視点ＶｉｅｗＶからみた吹出口周辺の透視斜視図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。 本実施の形態に従う空調システムを構成する冷却ユニットの模式図である。 図７に示すドライコイルユニットの構造図である。 本実施の形態に従う空調システムにより冷却されるラックの断面構造を示す図である。 図９に示すラックの前面扉および背面板の構造を示す図である。 本発明の実施の形態に従う空調システムの制御構造に係るブロック図である。 本実施の形態に従うホットアイルにおける温度センサの配置位置を示す図である。 図１１に示す制御部に保持されるデータテーブルを示す模式図である。 本実施の形態に従う空調システムで提供される冷却ユニットの運転制御に係る処理手順を示すフローチャートである。 図１４のステップＳ１３に示す運転変更判断サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態に関連する比較例のシステム構成を模式的に示す図である。

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。

［Ａ．概要］
本実施の形態に従う空調システムは、従来のような空調対象室の床下から空調空気を供給するような構成ではなく、空調対象室の側壁面に設けた吹出口から空調空気を供給する構成を採用する。これにより、床下に空調空気を輸送するための空間を設ける必要がない。以下、本実施の形態に従う空調システムをサーバールームに適用した具体例について説明する。

［Ｂ．全体構成］
図１は、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳを示す全体斜視図である。図２は、図１に示すサーバールームの平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。

図１を参照して、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳは、二次側部分１００と、熱源部分２００とからなる。二次側部分１００は、温度を管理すべき空調対象室であるサーバールーム１をはじめとして、空調空気を発生する機構などを含む。熱源部分２００は、二次側部分１００で空調空気を発生するために利用される冷媒を供給するとともに、空調空気の発生に利用されて温度が上昇した冷媒を再生する。以下、各部分について詳述する。

（ｂ１．二次側部分１００）
図１〜図４に示すように、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにより温度の管理が行なわれる空調対象室であるサーバールーム１には、複数のラック４が整列配置される。ラック４の各々には、業務サーバー、データサーバー、Ｗｅｂサーバーといった各種のサーバー装置（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。

サーバールーム１の側壁面２には、サーバールーム１内に空調空気１８を吹き出すための複数の吹出口３が設けられる。本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおいては、吹出口３は、サーバールーム１内において対向する一対の側壁面２にそれぞれ設けられる。そして、吹出口３の各々に対応付けて、冷却ユニット１０が複数配置される。なお、冷却ユニット１０の設置台数は、冗長性を持たせるために、サーバールーム１の熱負荷量に対して十分に余裕をもつように決められる。

この冷却ユニット１０は、サーバールーム１へ空調空気１８を供給するための空調機構の一部である。より具体的には、冷却ユニット１０の各々は、熱交換器１３（図３）と、熱交換器１３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１６（図３）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の各々で生成される空調空気１８は、対応する吹出口３からサーバールーム１へ供給される。冷却ユニット１０の詳細な構造については後述する。

図２に示すように、サーバールーム１の紙面上下側には、空調機器室７がそれぞれ設けられる。冷却ユニット１０は、空調機器室７内に配置される。この空調機器室７についても区画された空間である。

ラック４の各々は、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１８（冷気）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廃熱空気（熱気）を放出するための排気口とを含む。すなわち、図４に示すように、空調システムＳＹＳが供給する空調空気１８は、ラック４の各々の給気口が設けられている面（以下、「給気面」とも称す。）からラック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、廃熱空気となった空調空気１８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４の外へ排出される。

図１および図２に示すように、サーバールーム１においては、隣接して一連に配置された複数のラック４からなる集合体（以下、「ラック群」とも称す。）が複数配置される。この複数のラック群は、２つ（一対）のラック群の単位（組）で構成される。図１に示す例では、手前側に４組のラック群が配置され、奥側に３組のラック群が配置される例（合計、７組のラック群）を示す。もちろん、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳ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、ラック群に含まれるラック数、および、ラック群の数は、必要に応じて任意に変更できる。

各組のラック群は、各ラック群に含まれるラック４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、各組のラック群で挟まれる各空間においては、両側に位置するラック４からの廃熱空気が集まることになる。ここで、吹出口３は、冷却ユニット１０で発生した空調空気１８をラック群の延びる方向（長手方向）に吹き出すような位置に配置される。

本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおいては、各組のラック群において、ラック４の給気面と接する空間（第１の空間）と、ラック４の排気面と接する空間（第２の空間）とを区画する。すなわち、ラック４の給気面と接する空間（第１の空間）には、冷却ユニット１０から供給される空調空気１８（冷気）が主として存在し、ラック４の排気面と接する空間（第２の空間）には、各ラック４から排気される廃熱空気が主として存在するように区画する。前者の冷却ユニット１０から供給される空調空気１８（冷気）が主として存在する空間を「コールドアイル」と称し、後者の各ラック４から排気される廃熱空気が主として存在する空間を「ホットアイル」と称する。

このようなコールドアイルとホットアイルとは、各組のラック群の外周を取り囲むように配置された遮蔽板５を用いて区画される。すなわち、区画部である遮蔽板５は、各組のラック群についての排気面側に位置する空間を、空調対象室であるサーバールーム１の他の空間から区切るように構成される。

コールドアイルとホットアイルとの区画には、ラック４の筐体の一部が利用される。すなわち、遮蔽板５は、各組のラック群と天井との間の空間に、各組のラック群の外周を取り囲むように設けられる。また、対向するラック群により挟まれた空間を遮蔽するために、遮蔽板５の一部として、各組のラック群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。ホットアイル側からラック４をメンテナンスするために、ユーザのホットアイル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る（詳細については図示していない）。

ホットアイルには、ラック４から排出される廃熱空気を排出するための還気機構が設けられる。具体的には、ホットアイルの天井面には、廃熱空気を輸送するための還気チャンバ８が設けられており、この共通の還気チャンバ８と各ホットアイルとを連通するための吸込口８１（図１、図３および図４参照）が設けられる。吸込口８１には、ホットアイルに滞留する廃熱空気を強制排気するためのファンを設けてもよい。

なお、図１においては、理解を容易にするために、各ラック群の上部を異なる高さで切った場合の透視図で表示する。すなわち、手前側に配置された４組のラック群については、その最上部に設けられる吸込口８１付近の構造を図示し、奥側に配置された３組のラック群については、各ラック群から連続する遮蔽板５付近の構造を図示する。しかしながら、実際の全体構造は、すべてのラック群について実質的に同一とされる。

このように、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおいては、サーバールーム１の空間に対して、コールドアイルを主体的に設定するとともに、ホットアイルを局所的に設定する。これにより、空調空気の給気機構をよりフレキシブルに構成することができるとともに、廃熱空気を効率的に収集することができる。

図４に示すように、ラック４の排気面（ホットアイル側）には、ラック４内での熱負荷状態を評価するために、複数の温度センサ４６が配置される。この温度センサ４６は、ラック４から排出される廃熱空気の温度を検出する温度検出手段である。また、後述するように、ラック４内の情報処理機器での消費電力を検出する消費電力検出手段である電流センサ４７も配置される。本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおいては、これらの複数の温度センサ４６および電流センサ４７により検出された結果に基づいて、コールドアイルへ供給される空調空気の必要風量が算出される。そして、この算出された必要風量の大きさに応じて、冷却ユニット１０の運転が最適化される。この冷却ユニット１０の運転ロジックについては、後述する。

（ｂ２．熱源部分２００）
熱源部分２００は、二次側部分１００の冷却ユニット１０による空調空気の発生に必要な冷媒を供給するとともに、冷却ユニット１０で空調空気の発生後の冷媒を再冷却する。二次側部分１００の冷却ユニット１０と熱源部分２００とは、配管２４２，２４４，２１８，２２４で連結される。

なお、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおいては、冷媒として水を採用する。これは、後述するように、冷却ユニット１０において結露が生じないように、冷却ユニット１０に供給される冷媒は、サーバールーム１の露点温度（すなわち、結露の発生する温度）より高い温度に維持される。このように、冷却ユニット１０において結露が生じない程度まで冷媒温度を高めた状態でチラー２２０を運転できる。そのため、より効率を高めて、消費電力のより少ない運転を行なうことができる。そのため、チラー２２０を長期間にわたって連続運転することも可能となる。もちろん、他の冷媒、典型的には、アンモニア、炭化水素、二酸化炭素、フロン類などを用いることもできる。

熱源部分２００は、二次側部分１００の冷却ユニット１０からリターンされる冷媒を輸送するためのリターン配管２４２と、二次側部分１００の冷却ユニット１０へ供給する冷媒を輸送するための送出配管２４４とを通じて、二次側部分１００と接続される。さらに、熱源部分２００は、冷媒を予冷するための機構として、ラジエター２１０およびチラー２２０を含む。これらの冷媒冷却機構は、リターン配管２４２を統合するリタンヘッダ２１２の後段側に配置される。すなわち、ラジエター２１０がリタンヘッダ２１２からつながる配管２１８の前段に介挿されるとともに、ラジエター２１０をバイパスするためのバイパス弁２１６がラジエター２１０と並列に接続される。そして、複数のチラー２２０がラジエター２１０の後段の配管２１８に介挿される。

また、配管２１８の前段には、冷媒の流量を検出するための流量計２３６が設けられている。

ラジエター２１０は、冷媒を外気と触れさせて熱交換を行なう機器であり、冬期などの冷媒温度に比較して外気温度が低い場合に、冷媒の保有する熱を大気中に放散させる。すなわち、ラジエター２１０は、冷凍機を使用しない、いわゆるフリークーリングを行なう。なお、冷媒と外気との接触は直接的であってもよいし、間接的であってもよい。

また、夏期などの冷媒温度に比較して外気温度が高い場合には、ラジエター２１０では冷媒を冷却することができないので、冷媒がラジエター２１０をバイパスするように、バイパス弁２１６が開状態にされる。

特に、本実施の形態においては、吸込口８１（図１、図３および図４参照）を通じて、ホットアイルから廃熱空気が重点的に還気されるため、冷媒温度を高めた状態であっても廃熱空気を有効に冷却できる。

チラー２２０は、リターンされた冷媒を冷却する。冷媒の保有する熱量（サーバールーム１から回収された熱量）の大きさに応じて、能力を変更できるように、複数台のチラー２２０を並列に接続することが好ましい。また、万が一の故障に備えて、少なくとも１台の予備機を用意しておくことが好ましく、そのため、空調システムＳＹＳにおいては、複数台のチラー２２０を配置することが一般的である。なお、チラー２２０としては、サーバールーム１での発熱量に応じた能力を有するものであれば、どのようなタイプのものであってもよい。たとえば、冷却方式として、空冷式および水冷式のいずれを採用してもよい。

それぞれのチラー２２０で冷却された冷媒は、出側配管２２４を通じてサプライヘッダ２１４へ出力される。冷媒は、サプライヘッダ２１４から、サーバールーム１の一方の側壁面に沿って配置された冷却ユニット１０および他方の側壁面に配置された冷却ユニット１０へそれぞれ輸送される。

リタンヘッダ２１２およびサプライヘッダ２１４には、冷媒温度を検出するための温度センサ２３２および２３４がそれぞれ設けられている。これらの温度センサ２３２および２３４により検出されたそれぞれの冷媒温度、ならびに、流量計２３６により検出された冷媒流量に基づいて、チラー２２０の運転台数などが制御される。すなわち、熱源部分２００においては、温度センサ２３４によって検出されるサプライヘッダ２１４における冷媒温度（冷却ユニット１０へ供給される冷媒の温度）が目標値に維持されるように、チラー２２０および／またはラジエター２１０の運転台数／能力が制御される。この冷却ユニット１０へ供給される冷媒は、空調対象室であるサーバールーム１の露点温度より高い温度に設定される。一例として、冷却ユニット１０へ供給される冷媒温度の目標値は１３〜１５℃に設定される。また、温度センサ２３２によって検出されるリタンヘッダ２１２における冷媒温度と温度センサ２３４によって検出されるサプライヘッダ２１４における冷媒温度との差、ならびに、ならびに、流量計２３６により検出された冷媒流量に基づいて、サーバールーム１における熱負荷量が算出され、チラー２２０の運転台数／能力が制御される。

［Ｃ．側壁面吹出口］
次に、サーバールーム１の側壁面２に設けられた吹出口３について説明する。

図５は、図１に示す視点ＶｉｅｗＶからみた吹出口３周辺の透視斜視図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。

図５を参照して、側壁面２に設けられた吹出口３は、吹き出した空調空気がラック群の延びる方向（長手方向）を向くように構成されており、その前面には、格子状の吹出枠が設けられる。それにより、吹出口３からは、空調空気がラック群の手前側（紙面左側）から奥側（紙面右側）へ吐出される。

特に、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおいては、側壁面２における吹出口３が占める面積を可能な限り大きくなるように設計される。これは、より広い吹出面積を確保することで、必要な空調空気量の供給量を実現するための吹出速度を低減することができるためである。すなわち、より低い吹出速度で空調空気を供給すればよいので、送風効率の高いファンを採用することができるとともに、空調空気の送風に要する電力を低減できる。さらに、より低い吹出速度を採用することで、吹出口３の近傍での動圧の影響を低減できる。その結果、動圧の影響を抑制するために設けられる、動圧静圧変換の拡散板（いわゆる、じゃま板）を設ける必要がない。そのため、構造が簡素化されて省スペースが実現されるとともに、吹き出しに係る圧力損失を低減して、空調空気の送風に要する電力を低減できる。

より具体的には、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおいては、側壁面２において吹出口３が占める幅の合計値がラック群を側壁面２へ投影して生じる幅の合計値より大きくなるように構成される。一例として、図６に示すように、一対のラック群（２列分のラック群）毎に１つの吹出口３が側壁面２に設けられている場合を考える（図２に示すラック配列を）。このとき、側壁面２において各吹出口３が示す幅をＡとし、一対のラック群を側壁面２へ投影して生じる幅の合計値を２Ｂ（Ｂ＋Ｂ）とする。このとき、吹出口３の幅Ａ＞投影像４００の合計幅２Ｂとなるような吹出口３が設けられる。

また、吹出口３の高さについてみれば、ラック４のほぼ全体を覆うような長さが好ましい。少なくとも、ラック４が有する高さの６０％以上の範囲から空調空気を吹き出すことが好ましい。

図２に示すように、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおいては、サーバールーム１のうち、コールドアイルがより多くの空間を占める。そして、このコールドアイルに吹出口３から空調空気が供給される。そのため、また、吹出口３の面積についてみれば、吹出口３が形成される側壁面２の全体面積の５０％以上を吹出口３が占めるようにすることが好ましい。別の見方をすれば、吹出口３の面積は、ラック群を側壁面２へ投影して生じる面積（投影像４００）とほぼ同様の面積を有することが好ましい。

また、空調空気の吹出口３からの吹出速度は、１．０〜２．０ｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。

［Ｄ．冷却ユニット］
次に、冷却ユニット１０について説明する。

図７は、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳを構成する冷却ユニット１０の模式図である。図８は、図７に示すドライコイルユニット１２の構造図である。

図７を参照して、各吹出口３に対応付けて配置される冷却ユニット１０は、複数のドライコイルユニット１２を含む。図７には、一例として、４個のドライコイルユニット１２が２個×２個の格子状に配置される構成を示す。

図８に示すように、各ドライコイルユニット１２は、熱交換器１３と、熱交換器１３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１６（図８に示す例では、２個×２列の計４個）とを含む。ファン１６の回転により生じる空気流との間で熱の移動を生じる熱交換器１３は、冷媒供給口１４および冷媒排出口１５を含む。熱源部分２００から供給される冷媒は、冷媒供給口１４から注入され、熱交換器１３のラジエター部分を通過した後、冷媒排出口１５から排出される。ファン１６は、回転平面に対して所定角度のブレードを有する羽を回転させる軸流ファンである。ファン１６として、プラグファンを採用することもできる。

なお、熱交換器１３の前段またはファン１６の後段に、ダストなどを捕捉するためのフィルタを設けてもよい。

特に、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおいては、可能な限り大きな面積の吹出口３を側壁面２に設けるとともに、吹出口３からの空調空気の吹出速度は可能な限り低いことが好ましい。そのため、図７に示すように、冷却ユニット１０に含まれるファン１６の通過面積（ファン１６が回転することで空気流を生じる断面積）１９の合計が吹出口３の開口面積の５０％以上となるようにすることが好ましい。このように、吹出口３の開口面積に対して、通過面積が相対的に大きな割合を有するように複数のファン１６を配置することで、吹出口３の全体から空調空気を吐出させることができるとともに、吹出口３の吹出断面内での偏りなどを低減できる。

上述したように、熱源部分２００は、冷却ユニット１０において結露が生じないような一定温度の冷媒を冷却ユニットへ供給するように制御される。そのため、各冷却ユニット１０による空調空気の生成能力（冷却能力）は、ファン１６の回転速度を変更することで調整される。そこで、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおいては、ファン１６を変速制御可能な構成が採用される。典型的には、ファン１６と連結されたモータが変速制御される。なお、変速制御には、インバータなどのＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）装置が採用される。

［Ｅ．ラック構造］
次に、ラック４内での空調空気の流れについて説明する。

図９は、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにより冷却されるラック４の断面構造を示す図である。図１０は、図９に示すラック４の前面扉４１および背面板４２の構造を示す図である。

図９を参照して、ラック４の内部には、情報処理機器ＤＥＶを収容するための複数の棚４８が設けられる。また、ラック４の底部には、情報処理機器ＤＥＶに接続される通信ケーブルを配線ピットへ案内するためのケーブル取込用開口４４が形成されている。また、このケーブル取込用開口４４は、ラック４に取り付けられる温度センサ４６（図２参照）などのセンサケーブルの案内に利用してもよい。

ラック４の上面には、ラック４内からの廃熱空気（熱気）を放出するための天板排出口４３が形成されている。この天板排出口４３には、異物がラック４内に落ち込まないように金網あるいはルーバーが設けられている。

図１０に示すように、給気面に相当するラック４の前面扉４１、および、排気面に相当するラック４の背面板４２には、幅の狭いルーバーブレード（羽根状板）４５が横方向に一定の間隔および一定の角度で複数枚取り付けられたルーバー状の構造が採用される。図９および図１０には、ルーバーブレード４５の取り付け角度を破線で示す。

前面扉４１側のルーバーブレード４５は、コールドアイルに存在する空調空気（冷気）を効率的に取込むために、ラック４の外側から内側に向けて上向きに傾斜がつけられており、空調空気の取込みの際には下側から上側に向けて空調空気が吹き上がる構造となっている。一方、背面板４２側のルーバーブレード４５は、ラック４の内部で発生する廃熱空気（熱気）を効率的に放出するために、ラック４の内側から外側に向けて上向きに傾斜がつけられており、廃熱空気の放出の際には下側から上側に廃熱空気が立ち昇る構造になっている。

また、ルーバーブレード４５には、格子状に多数のパンチング開口が形成され、パンチング開口を介してラック４の内部を視認可能にされている。このため、ラック４の内部に収容された情報処理機器ＤＥＶのインジケータランプ等をラック外部から容易に確認できる。なお、パンチング開口のサイズは、ラック外部からボールペン等の棒状の異物が入らない程度の小さなサイズである。なお、ルーバーブレード４５は、曲面を持たせた形状としてもよい。

このように、前面扉４１部分に案内された空調空気は、ルーバーブレード４５により整流されてラック４の内部の棚４８に搭載された情報処理機器ＤＥＶへとスムーズに誘引される。ラック４の内部で情報処理機器ＤＥＶを冷却した後の廃熱空気は、背面板４２に設けられたルーバーブレード４５により整流されてラック４の背面から排気される。あるいは、また、ラック４の上部に形成された天板排出口４３から排出される。

ラック４の上部は、遮蔽板５によりコールドアイルとは区画されており、かつ、遮蔽板５が取り囲む空間であるホットアイルには吸込口８１が設けられているため、ラック４から排出される廃熱空気は、吸込口８１を通じて速やかに還気チャンバ８により収集される。

以上により、ラック４内に空調空気が容易に誘引され、またラック４から廃熱空気が容易に排出されるため、ラック４内の情報処理機器ＤＥＶに対して効率的な冷却を行なうことができる。

［Ｆ．制御ロジック］
次に、冷却ユニット１０の運転制御を行なうための制御ロジックについて説明する。冷却ユニット１０の運転制御は、主として、図１に示すコントローラ９によって実行される。

コントローラ９は、温度センサ４６や電流センサ４７などからのフィールド情報を受けて、冷却ユニット１０などに対して、制御指令を与える。すなわち、コントローラ９は、サーバールーム１内に設けられた冷却ユニット１０などと配線接続される。また、コントローラ９は、各ラック群に取り付けられた各温度センサ４６および各電流センサ４７と配線接続される。

コントローラ９は、典型的には、近傍機械室内に別途設けた制御盤に収容される。これに代えて、建物内の別フロアに設置された監視装置でコントローラ９を構成してもよい。あるいは、コントローラ９をいずれかのラック４内に収容してもよい。さらにあるいは、複数の冷却ユニット１０のいずれかに付随して搭載された制御装置によりコントローラ９を構成してもよい。典型的には、コントローラ９は、格納されたプログラムに従って処理を実行するマイクロコンピュータを含む。

本実施の形態に従う空調システムＳＹＳに含まれるコントローラ９は、主として、以下の２つの機能を有する。

（１）コールドアイルへ供給する空調空気の必要風量の算出およびそれに基づく冷却ユニットが稼動すべき状態の決定
（２）決定された稼動すべき状態に従って冷却ユニット１０の送風量（回転数）および運転／停止の制御
すなわち、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおいては、ラック４内での熱負荷量などに応じて、空調空気の供給量（風量）を可変させる。これにより、ラック４内で発生する熱量に比較して供給される空調空気が不足して温度上昇を招くといった事態を回避することができるとともに、ラック４内で発生する熱量に比較して過剰な空調空気を供給して消費電力が過大になるといった事態を回避できる。

さらに、空調システムＳＹＳにおいては、空調空気の供給量（風量）を可変させる構成として、ホットスタンバイモードとコールドスタンバイモードとを切換えることが可能である。ここで、ホットスタンバイモードとは、設置されている冷却ユニット１０のすべてが、その最大供給能力より少ない供給量で運転されており、仮に、ある冷却ユニット１０が故障したとしても、残りの冷却ユニット１０からの空調空気の供給量を増加させることで、サーバールーム１の温度管理を継続できるモードである。一方、コールドスタンバイモードとは、設置されている冷却ユニット１０のうち一部の冷却ユニット１０のみが運転されており、残りの冷却ユニット１０は停止している状態である。そして、仮に、ある冷却ユニット１０が故障すると、停止状態の冷却ユニット１０の運転を再開し、サーバールーム１の温度管理を継続する。

特に、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳでは、コールドスタンバイモードが選択された場合には、冷却ユニット１０の累積稼動期間が平準化されるように、空調空気を供給するために必要な冷却ユニット１０の数に応じて、冷却ユニット１０の運転／停止を制御する。

なお、空調空気の送風温度を制御することもできる。
以下、これらの機能の詳細について説明する。

（ｆ１．制御構造）
図１１は、本発明の実施の形態に従う空調システムＳＹＳの制御構造に係るブロック図である。

図１１を参照して、コントローラ９は、制御部９２とデータ入力部９４とを含む。制御部９２は、各冷却ユニット１０のファン回転数および運転／停止を制御する。データ入力部９４は、電流センサ４７の検出値が入力される電流データ入力部９６と、温度センサ４６の検出値が入力される温度データ入力部９８とを含む。

温度データ入力部９８には、図示しない温度センサにより検出された給気温度および還気温度の検出値が入力される。

制御部９２は、サーバールーム１全体の必要空調量を算出し、その算出結果に基づいて複数の冷却ユニット１０からの空調空気の供給量などを制御する。より具体的には、制御部９２は、ラック４内に収容された情報処理機器ＤＥＶでの消費電力、および、ラック４から排出される廃熱空気の温度を検出し、これらの検出結果に基づいて、サーバールーム１全体の必要空調量を算出する。より具体的には、各ラック群には、ラック群から排出される廃熱空気の温度を検出する温度センサ４６、および、収容された情報処理機器の消費電力を算出するための電流センサ４７が取り付けられており、これらのセンサによる検出値から、一対のラック群で囲まれるホットアイル毎に必要空調量が算出される。そして、各組のラック群に対応するホットアイル毎に算出された必要空調量の総和を求め、さらに、所定の補償値を加算した値をサーバールーム１全体の必要空調量とする。この補償値は、吹出口３から供給される空調空気が各ホットアイルを構成するラック４の廃熱のアンバランスを考慮した余裕を含む成分である。

なお、図１に示すように、温度センサ２３４で検出されるサプライヘッダ２１４における冷媒温度（冷却ユニット１０へ供給される冷媒の温度）と温度センサ２３２で検出されるリタンヘッダ２１２における冷媒温度（冷却ユニット１０からリターンされる冷媒の温度）との差ならびに冷媒流量に基づいて、サーバールーム１内の熱負荷量を算出し、その算出した熱負荷量から必要空調量を算出してもよい。

上述したように、制御部９２は、ホットスタンバイモードとコールドスタンバイモードとを切換えることが可能である。制御部９２は、いずれのスタンバイモードが選択されているかに応じて、それぞれ以下のような処理を実行する。

ホットスタンバイモードにおいては、制御部９２は、サーバールーム１全体の必要空調量を算出した後、算出した必要空調量に応じて、各冷却ユニット１０が分担すべき供給空調量を決定する。そして、制御部９２は、各冷却ユニット１０に対して、決定された吹出風量となるように、ファンを駆動するインバータ（図示しない）を制御する。

コールドスタンバイモードにおいては、制御部９２は、サーバールーム１全体の必要空調量を算出した後、算出した必要空調量と、現在運転されている冷却ユニット１０により供給可能な最大の供給空調量とを比較する。そして、最大の供給空調量が必要空調量に満たない場合、必要空調量を満足させることのできる台数の冷却ユニット１０を新たに運転する。逆に必要空調量に対して所定のしきい値を超える過剰な空調量が供給されている場合、供給空調量と必要空調量との差がしきい値以下となる台数の冷却ユニット１０の運転を停止する。

制御部９２は、冷却ユニット１０の運転を開始し、あるいは、冷却ユニット１０を停止する場合に、各冷却ユニット１０の累積稼動時間が平準化されるように、運転あるいは停止させるべき冷却ユニット１０を選択する。このようなロジックを採用することで、各冷却ユニット１０による空調負荷を分散させることができる。なお、コントローラ９は、内蔵するメモリ内に、各冷却ユニット１０の累積稼動時間を保持している。

上述のように、いずれのスタンバイモードにおいても、制御部９２は、算出された必要空調量に基づいて、冷却ユニット１０が稼動すべき状態を決定し、決定されたが稼動すべき状態に従って、冷却ユニット１０の運転／停止を制御する。

（ｆ２．温度センサおよび電流センサ）
次に、温度センサ４６および電流センサ４７について説明する。

図１２は、本実施の形態に従うホットアイルにおける温度センサの配置位置を示す図である。特に、図１２（ａ）は、ラック群の長手方向における温度センサ４６の取り付け位置を示し、図１２（ｂ）は、ラック群の短手方向における温度センサ４６の取り付け位置を示す。図１３は、図１１に示す制御部９２に保持されるデータテーブルを示す模式図である。

図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示されるように、複数のラック４が隣接して一連に配置されたラック群の各々においては、所定間隔（たとえば、３メートル）毎に、温度センサ４６が、ラック４の上部空間（遮蔽板５の高さ位置）、ラック４の上段、および、ラック４の下段にそれぞれ配置される。図１２においては、配置位置に対応させて、温度センサ４６．Ｈ、温度センサ４６．Ｍ、温度センサ４６．Ｌとそれぞれ記す。これらの温度センサは、ホットアイル側に取り付けられることが好ましい。

なお、図１２（ａ）には、３台のラック４ごとに１組の温度センサ４６を取り付ける例を示すが、温度センサ４６の取り付け間隔は任意に変更できる。たとえば、すべてのラック４に温度センサ４６を取り付けてもよい。また、上下方向における温度センサ４６の取り付け位置についても任意に変更できる。たとえば、ラック４の中段位置のみに温度センサ４６を取り付けてもよい。逆に、より多くの検出ポイントに温度センサ４６を取り付けてもよい。また、温度センサ４６はラック４の内部に取り付けてもよい。

たとえば、コントローラ９は、それぞれの温度センサ４６を［ＴＨ１，ＴＭ１，ＴＬ１］，［ＴＨ２，ＴＭ２，ＴＬ２］，…，［ＴＨｎ，ＴＭｎ，ＴＬｎ］として、ラック群の別にその検出値を識別する。また、ホットアイルを形成する一対のラック群を一括して、各組のラック群を［１Ｌ，１Ｒ］，［２Ｌ，２Ｒ］，…［３Ｌ，３Ｒ］として識別する。

コントローラ９は、それぞれのラック群に取り付けられた温度センサ４６および電流センサ４７からの検出値を図１３に示すようなデータテーブルに保持する。なお、図１３に示すようなデータテーブルは、コントローラ９が有するメモリ内に構成される。さらに、コントローラ９は、所定の更新条件が満たされるたびに、温度センサ４６および電流センサ４７からの検出値を更新する。このように保持されるデータに基づいて、それぞれの冷却ユニット１０が稼動すべき状態を決定し、決定されたが稼動すべき状態に従って、冷却ユニット１０の回転数および運転／停止を制御する。

電流センサ４７は、各ラック４への電力の供給形態に応じて、適切な位置に取り付けられる。たとえば、サーバールーム１の共通の電源盤からそれぞれのラック４へ独立して配線がされる場合には、当該それぞれの配線上に電流センサ４７が取り付けられる。この場合には、情報処理機器ＤＥＶでの消費電力をラック別に検出することができる。あるいは、ラック群の別に電源部を設ける場合には、各電源部の出力側に電流センサ４７が取り付けられる。この場合には、情報処理機器ＤＥＶでの消費電力をラック群の別に検出することができる。

（ｆ３．処理手順）
図１４は、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳで提供される冷却ユニット１０の運転制御に係る処理手順を示すフローチャートである。図１５は、図１４のステップＳ１３に示す運転変更判断サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。図１４および図１５に示す各ステップは、典型的には、コントローラ９がプログラムを実行することで提供される。

図１４を参照して、コントローラ９は、それぞれの温度センサ４６から温度検出値を取得する（ステップＳ１）。続いて、コントローラ９は、それぞれの電流センサ４７から電流検出値を取得する（ステップＳ２）。コントローラ９は、取得した温度検出値および電流検出値を、ラック群の別に図１３に示すようなデータテーブルに格納する。

続いて、コントローラ９は、温度センサ４６および電流センサ４７から取得されたいずれかの検出値が所定の異常判定値を超えているか否かを判断する（ステップＳ３）。異常判定値を超える検出値があると判断された場合（ステップＳ３においてＹＥＳの場合）には、コントローラ９は、異常判定値を超える検出値に対応するセンサを特定して、警報信号を出力する（ステップＳ４）。この警報信号に応じて、コントローラ９などに設けられた警報ランプが点灯したり、警報音が発生したりする。あるいは、コントローラ９からの警報信号は、コントローラ９と有線また無線で接続された他の監視装置等に対して出力される。

続いて、コントローラ９は、取得された温度センサ４６からの温度検出値に基づいて、ホットアイルを構成する一対のラック群の別に、代表温度を算出する（ステップＳ５）。代表温度は、各ホットアイルの熱負荷状態を示すものである。一例として、コントローラ９は、同一のホットアイルに属するそれぞれの温度センサ４６からの温度検出値に対して対応する重み係数を乗じ、重み係数を乗じて得られるそれぞれの値の総和を計算することで算出される。なお、それぞれの温度センサ４６に対応付けられる重み係数は、各ラック４に収容されている情報処理機器ＤＥＶでの消費電力の大きさなどを考慮して、予め、サーバールーム１の管理者が任意に設定することができる。さらに、コントローラ９は、取得された電流検出値に基づいて、ホットアイルを構成する一対のラック群の別に、情報処理機器での消費電力を算出する（ステップＳ６）。

さらに、コントローラ９は、ステップＳ５において算出した代表温度、ステップＳ６において算出した消費電力、およびコールドアイルの空間サイズ（体積）に基づいて、ホットアイルを構成する一対のラック群の別に、必要空調量が算出される（ステップＳ７）。そして、コントローラ９は、ステップＳ７において算出した一対のラック群毎の必要空調量についての総和を算出して、冷却ユニット１０からの吹出風量のトータル要求風量ＱＤＣＵを算出する（ステップＳ８）。

続いて、コントローラ９は、現在選択されているスタンバイモードを判断する（ステップＳ９）。

ホットスタンバイモードが選択されている場合（ステップＳ９において「ホットスタンバイ」）に、コントローラ９は、ステップＳ８において算出されたトータル要求風量ＱＤＣＵを冷却ユニット１０の運転台数で除算することで、各冷却ユニット１０が分担すべき空調風量ｑＤＣＵを算出する（ステップＳ１０）。そして、コントローラ９は、ステップＳ１０において算出した空調風量ｑＤＣＵに応じた速度でファン１６が回転するようにファン１６を駆動するインバータに速度制御指令を与える（ステップＳ１１）。

これに対して、コールドスタンバイモードが選択されている場合（ステップＳ９において「コールドスタンバイ」）に、コントローラ９は、ステップＳ８において算出されたトータル要求風量ＱＤＣＵを冷却ユニット１０単体での最大空調風量ｑＤＣＵ＿ｍａｘで除算することで、トータル要求風量ＱＤＣＵの空調空気を提供するために冷却ユニット１０の必要運転台数を算出する（ステップＳ１２）。続いて、コントローラ９は、運転変更判断サブルーチンを実行することで、運転する冷却ユニット１０を変更する必要があるか否かを判断する（ステップＳ１３）。後述するように、ステップＳ１３に示す運転変更判断サブルーチンを実行することで、運転対象の冷却ユニット１０が決定される。続いて、コントローラ９は、ステップＳ８において算出されたトータル要求風量ＱＤＣＵを運転対象として決定された冷却ユニット１０の台数で除算することで、運転されるべき各冷却ユニット１０が分担すべき空調風量ｑＤＣＵを算出する（ステップＳ１４）。そして、コントローラ９は、ステップＳ１３において起動対象に決定された冷却ユニット１０に対応するインバータに運転開始指令を与えるとともに、ステップＳ１３において停止対象に決定された冷却ユニット１０に対応するインバータに運転停止指令を与える（ステップＳ１５）。さらに、コントローラ９は、ステップＳ１４において算出した空調風量ｑＤＣＵに応じた速度でファン１６が回転するようにファン１６を駆動するインバータに速度制御指令を与える（ステップＳ１６）。

たとえば、トータル要求風量ＱＤＣＵの空調空気を提供するために冷却ユニット１０の必要運転台数が６台で、冷却ユニット１０の現在の運転台数が５台である場合には、停止中の冷却ユニット１０のうちの１つに対して運転開始指令が与えられる。また、トータル要求風量ＱＤＣＵの空調空気を提供するために冷却ユニット１０の必要運転台数が５台で、冷却ユニット１０の現在の運転台数が６台である場合には、運転中の冷却ユニット１０のうちの１つに対して運転停止指令が与えられる。

次に、ステップＳ１３において実行される運転変更判断サブルーチンでの処理内容について説明する。

図１５を参照して、コントローラ９は、冷却ユニット１０の現在の運転台数がステップＳ１２において算出された冷却ユニット１０の必要運転台数に満たないか否かを判断する（Ｓ１３１）。

冷却ユニット１０の現在の運転台数がステップＳ１２において算出された冷却ユニット１０の必要運転台数に満たない場合（ステップＳ１３１においてＹＥＳの場合）には、コントローラ９は、内蔵のメモリに保持している各冷却ユニット１０の累積稼動時間を参照して、停止中の冷却ユニット１０のうちで累積稼動時間が最も短いものから優先的に、起動対象として選択する（ステップＳ１３２）。たとえば、新たに２台の冷却ユニット１０を起動する必要がある場合には、現在停止中の冷却ユニット１０のうちで最も累積稼動時間が短いものと、その次に稼動時間が短いものとが起動対象として選択される。そして、処理は図１４のステップＳ１４にリターンする。

これに対して、冷却ユニット１０の現在の運転台数がステップＳ１２において算出された冷却ユニット１０の必要運転台数を満たしている場合（ステップＳ１３１においてＮＯの場合）には、冷却ユニット１０の現在の運転台数がステップＳ１２において算出された冷却ユニット１０の必要運転台数を超えているか否かを判断する（ステップＳ１３３）。

冷却ユニット１０の現在の運転台数がステップＳ１２において算出された冷却ユニット１０の必要運転台数を超えている場合（ステップＳ１３３においてＹＥＳの場合）には、コントローラ９は、運転中の冷却ユニット１０のうちで累積稼動時間が最も長いものから優先的に、停止対象として選択する（Ｓ１３４）。たとえば、新たに２台の冷却ユニット１０を停止する必要がある場合には、現在運転中の冷却ユニット１０のうちで最も累積稼動時間が長いものと、その次に稼動時間が長いものとが停止対象として選択される。そして、処理は図１４のステップＳ１４にリターンする。

ステップＳ１３３においてＮＯと判断された場合、すなわち、冷却ユニット１０の現在の運転台数がステップＳ１２において算出された冷却ユニット１０の必要運転台数と一致している場合には、現在運転中の冷却ユニット１０のうちで所定の最大連続稼動時間を超えて運転している冷却ユニット１０が存在するか否かを判断する（ステップＳ１３５）。たとえば、サーバールーム１全体の必要空調量が長期に亘って変化しないような場合には、ステップＳ１３１およびＳ１３３の判断処理のみでは、運転／停止させる冷却ユニット１０の入れ替えが生じない。そのため、冷却ユニット１０の間での累積稼動時間に偏りが生じるおそれがある。そこで、ステップＳ２５においては、このような場合でも、冷却ユニット１０の間での累積稼動時間に偏りが生じないように、予め定められた時間を越えて連続運転している冷却ユニット１０を停止させる。

現在運転中の冷却ユニット１０のうちで所定の最大連続稼動時間を超えて運転している冷却ユニット１０が存在する場合（ステップＳ１３５においてＹＥＳの場合）には、コントローラ９は、該当する冷却ユニット１０を停止対象として選択する（ステップＳ１３６）。続いて、停止対象として選択した冷却ユニット１０に代えて、停止中の冷却ユニット１０のうちで累積稼動時間が最も短いものから優先的に、起動対象として選択する（ステップＳ１３７）。そして、図１４のステップＳ１４にリターンする。

現在運転中の冷却ユニット１０のうちで所定の最大連続稼動時間を超えて運転している冷却ユニット１０が存在しない場合（ステップＳ１３５においてＮＯの場合）には、ステップＳ１３６およびＳ１３７の処理をスキップして、図１４のステップＳ１４にリターンする。

なお、必要運転台数が頻繁に変更されることが明らかな場合には、ステップＳ１３５〜Ｓ１３７の処理を省いてもよい。

また、上述のフローチャートには図示していないが、コントローラ９は、各冷却ユニット１０の累積稼動時間を計時する。すなわち、コントローラ９は、周期的に各冷却ユニット１０の運転状態を判断するとともに、運転中の冷却ユニット１０については、対応する累積稼動時間を随時更新する。コントローラ９は、冷却ユニット１０が運転状態から停止状態に変更されると、対応する累積稼動時間の計時を停止する。

この累積稼動時間は、典型的には、冷却ユニット１０が設置されてからの累積時間とされるが、冷却ユニット１０に対するメンテナンス等が行なわれた場合には、対応する累積稼動時間をリセット（ゼロクリア）するようにしてもよい。また、ユーザがコントローラ９に対して所定のリセット操作をすることによって、任意の冷却ユニット１０に対応する累積稼動時間がリセットされるようにしてもよい。さらに、所定周期が経過する毎に、コントローラ９がすべての冷却ユニット１０の累積稼動時間をリセットするようにしてもよい。この所定周期は、たとえば、１日、１ヶ月、１年などのように、任意に設定できるようにしてもよい。つまり、本実施の形態における累積稼動時間は、サーバールーム１に対して新たに冷却ユニット１０を設置したときを基準として計時される時間に限られるものではない。

なお、図１４および図１５に示す処理は、所定周期でサイクリックに実行される場合が一般的である。但し、温度センサ４６または電流センサ４７からの検出値の絶対値または変動量が所定のしきい値を超えたことをトリガーとして、イベント的に実行するようにしてもよい。

［Ｇ．変形例］
上述したような、コールドスタンバイモードにおける冷却ユニット１０の累積稼動時間を平準化する他の手法として、以下のような手法を採用してもよい。

（Ａ） 現在の運転台数が必要運転台数と一致するか否かに関わらず、一定時間が経過する毎に、運転する冷却ユニット１０を予め定めた順序で切換える。運転台数を変動させる必要が生じたときにも、予め定めた優先順序で起動あるいは停止する冷却ユニット１０を選択する。このような手法を採用した場合には、コントローラ９は、累積稼動時間を計時する必要がない。

（Ｂ） 現在の運転台数が必要稼動台数と一致するか否かに関わらず、運転中の冷却ユニット１０の各々について連続稼動時間を計時し、連続稼動時間が一定時間に達した冷却ユニット１０を停止するとともにその連続稼動時間のデータをリセットする。そして、停止中の冷却ユニット１０を再稼働させるとその冷却ユニット１０についての連続稼動時間の計時を新たに開始する。運転台数を変動させる必要が生じたときには、予め定めた優先順序で起動あるいは停止する冷却ユニット１０を選択する。このような手法を採用した場合、コントローラ９には、累積稼動時間ではなく、連続稼動時間が記憶される。

また、各冷却ユニット１０の累積稼動時間が平準化されるように、起動あるいは停止する冷却ユニット１０を選択するのではなく、各冷却ユニット１０の累積稼動時間の割合が予め定めた割合になるように、起動あるいは停止する冷却ユニット１０を選択するようにしてもよい。たとえば、３つの冷却ユニットＡ，Ｂ，Ｃについて、累積稼動時間の割合を１：２：３としたい場合には、事前にその割合をコントローラ９に割合設定値として記憶させておく。そして、運転台数を変動させる必要が生じる毎に、それまでの冷却ユニットＡ，Ｂ，Ｃの累積稼動時間の割合を算出し、算出結果と割合設定値とを比較して、運転あるいは停止させる冷却ユニット１０をコントローラ９が選択するようにしてもよい。これにより、たとえば、省エネ効果の高い高性能のある冷却ユニット１０を他の冷却ユニット１０よりも優先的に運転することが可能となる。

［Ｈ．作用効果］
次に、上述した本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおける作用効果を列挙する。

（ｈ１）空調空気の送風に要する電力の低減
本実施の形態に従う空調システムＳＹＳにおいては、処理対象室の側壁面に比較的大きな空調空気の吹出口３を設けることができる。すなわち、吹出口３の吹出面積が相対的に大きくなるので、処理対象室の温度管理（本質的には、ラック４に収容される情報処理機器の冷却）を行なうために必要な空調空気を確保するための、吹出速度を高める必要がない。

そのため、多翼ファン（シロッコファン）や後向きファン（ターボファン）のような吐出圧の相対的に高い送風機を採用する必要がなく、それに代えて、軸流ファンやプラグファンなどの送風効率の高いファン（具体的には、換気扇のような圧力扇）を採用することができる。この結果、空調空気の送風に要する電力を低減することができる。また、このようなファンは寸法的にも小型化できるので、省スペース化を実現できる。

さらに、空調空気の吹出速度を低い値に抑えることで動圧の影響（典型的には、空調空気の吐出圧が相対的に高い場合に、イジェクターのような効果が生じて、吹出口を設けても空調空気は吹き出されず、逆に吸い込まれるような現象が生じること）を低減できる。

従来の構成においては、空調空気の吐出速度が高い場合には、上述のような動圧の影響の影響を低減するために、動圧静圧変換の拡散板（いわゆる、じゃま板）を設けていた。これに対して、本実施の形態においては、吐出口の付近にこのような拡散板を設ける必要がないので、構造が簡素化されて省スペース化を実現できるとともに、空調空気の吹き出しに係る圧力損失を低減して、空調空気の送風に要する電力を低減できる。

さらに、処理対象室の側壁面の吹出口３から空調空気を供給するので、従来の床下から空調空気を供給する場合のように、エルボなどの風向変更部位や床面の吹出口が存在しないので、局所的な圧力損失をより低減できる。これにより、空調空気の送風に要する電力をさらに低減できる。

また、空調空気の送風に係るロスを低減することにより、送風機動力ロス（熱ロス）を減らすことができ、それによって、熱源部分２００において冷媒を再生するための動力（冷凍サイクルに要する電力）を低減できる。

（ｈ２）空調のための床下空間の廃止
本実施の形態においては、一対のラック群をそれぞれの排気面同士が対向するように配置するとともに、当該一対のラック群の外周を取り囲むように遮蔽板５を配置して、ラック４の排気面から放出される廃熱空気を滞留させるためのホットアイルとして区画する。その一方で、空調対象室（たとえば、サーバールーム１）のその他の空間は、空調空気を蓄えるためのコールドアイルとして区画される。このようにホットアイルを局所化することで、コールドアイルとしての空間を相対的に大きくできる。

このように、処理対象室におけるコールドアイルの割合を大きくすることで、処理対象室の側壁面に比較的大きな空調空気の吹出口３を設けることができる。その結果、従来の床下から空調空気を吹き出すような構成を採用する必要がない。すなわち、空調空気を発生するための冷却ユニット１０などの空調機をラック４の配置床レベルと同一の床レベルに配置することができる。したがって、従来の構成のように、ラック４を配置する床面より下側に、空調空気の発生および輸送のための空間を設ける必要がない。併せて、従来の構成のように、ラック４を配置する床面に多数の吹出口を設ける必要もない。

その結果、本実施の形態に従う空調システムＳＹＳをいずれかの空調対象室に適用する際に要する施工工数を低減することができる。

（ｈ３）熱源部分２００における冷凍サイクルに要する電力低減
本実施の形態に従う空調システムＳＹＳが適用されるサーバールーム１などでは、一般的なオフィスなどとは異なり、季節性の熱負荷量の変動は少ない。すなわち、サーバールーム１に侵入する熱の季節的な変動量（たとえば、夏と冬との間の気温差などに依存）に比較して、サーバールーム１に配置されるラック４に収容される情報処理機器からの熱負荷量が大きい。言い換えれば、空調対象室に対する外気の影響は相対的に低い。

そのため、空調空気に必要な冷熱が大きく変動しないため、サーバールーム１の露点温度（すなわち、結露の発生する温度）より高い温度をもつ冷媒を熱源部分２００から冷却ユニット１０へ供給することで済む。すなわち、熱源部分２００から供給する冷媒の温度を相対的に高くできる。その結果、熱源部分２００で実行される冷凍サイクルの運転効率を高めることができる。

また、冷媒の供給温度を相対的に高くできるので、冬期などの外気温度が低い場合には、冷媒の保有する熱を大気中に放散させる（フリークーリング）だけで冷凍サイクルの運転をアシストできる。このフリークーリングによって、熱源部分２００の冷凍サイクルに要する動力を低減できる。

（ｈ４）廃熱空気の効率的な排出
本実施の形態においては、一対のラック群をそれぞれの排気面同士が対向するように配置するとともに、当該一対のラック群の外周を取り囲むように遮蔽板５を配置して、ラック４の排気面から放出される廃熱空気を滞留させるためのホットアイルとして区画する。すなわち、廃熱空気を局所的に集めた上で、共通の還気チャンバ８を通じて循環させる。

そのため、廃熱空気の還気機構を小型化できるとともに、廃熱空気の還気に要する動力を低減することができる。

（ｈ５）吹出風量制御による運転最適化
本実施の形態においては、熱源部分２００から冷却ユニット１０へ供給される冷媒の温度を一定とした上で、空調空気の吹出風量を制御することで、冷却能力を調整する。より具体的には、冷却ユニット１０のファン１６の回転速度が連続的に調整される。そのため、サーバールーム１における熱負荷量に応じて、冷却能力を最適化することができる。これにより、サーバールーム１の空調に係る電力を低減することができる。

（ｈ６）平準化による冷却ユニット１０のメンテナンス性向上
本実施の形態においては、サーバールーム１でのコールドアイルの空間を相対的に大きくした上で、各吹出口３に対応付けられた冷却ユニット１０を複数用いて、並列的に空調空気を供給する。そのため、複数の冷却ユニット１０のうち、一部のみが動作するといったコールドスタンバイの構成を採用することもできる。

このようなコールドスタンバイの構成を採用した場合には、特定の冷却ユニット１０のみが連続的に運転される一方で、運転時間が極端に短い冷却ユニット１０が生じる場合がある。このような運転時間の偏りはメンテナンスのタイミングがまちまちになったり、運転時間の長い冷却ユニット１０の故障確率が高くなったりする。そこで、本実施の形態においては、コールドスタンバイモードで動作している場合であっても、冷却ユニット１０の間の運転時間が平準化するように、運転対象の冷却ユニット１０が適時ローテーションされる。

これにより、メンテナンスを計画的に行なうことができるとともに、冷却ユニット１０の故障確率を低減することができる。

（ｈ７）ＰＵＥ（Power Usage Effectiveness）の向上
ＰＵＥは、データセンタ（空調対象室）などの消費電力の全体を、情報処理機器の消費電力で除した値であり、データセンタにおけるエネルギー効率を示す指標の一つである。本実施の形態によれば、上述のような各種の特徴的な構成を採用することで、ＰＵＥをより小さな値とすることができる。

［Ｉ．実施例］
本実施の形態に従う空調システムＳＹＳでは、上記（ｈ２）のように、空調のための床下空間を廃止し、また、上記（ｈ４）のように、ラック４の上部に、遮蔽板５によりホットアイルがコールドアイルと区画され、かつ、遮蔽板５が取り囲む空間であるホットアイルには吸込口８１が設けられる。

このような空調システムの実施例において一定の風量を循環させるために要する空調動力について、従来の空調システムと対比しつつ説明する。

（ｉ１）実施例の空調システムの概略構成
実施例の空調システムは、図３に示すように、サーバールーム１の側壁面から空調空気１８がサーバールーム１に吹き出し、そして、サーバールーム１内の廃熱空気は、吸込口８１および還気チャンバ８を介して、空調機器室７へ送られる。

（ｉ２）比較例の空調システムの概略構成
比較例の空調システムは、図１６に示すように、サーバールーム１の（側壁面ではなく）床面に設けられた給気部１０７を介して、サーバールーム１へ空調空気１８が供給される。サーバールーム1内の廃熱空気は、吸込口８１および還気チャンバ８を介して空調機器室７に移動する。給気部１０７には、ルーバーブレードのような羽根状板の部材が配置されており、サーバールーム１への空調空気１８の吹出圧を調整できるように構成されている。

比較例の冷却ユニット１０Ａは、熱交換器１３Ａと、ファン１６Ａを含むドライコイルユニットとを備えている。なお、熱交換器１３は、熱交換器１３Ａと比較して低風速で設計されるため、空調空気１８を吹き出す面における冷却コイルが配置された面積（コイル面積）が、熱交換器１３Ａにおける対応する面の面積よりも大きなものとなっている。

また、比較例では、サーバールーム１の床下に床下給気チャンバ１０３が形成され、また、冷却ユニット１０Ａの下方には冷却ユニット１０Ａが吹き出す空調空気を床下給気チャンバ１０３に導く吹出フード１４１が設けられている。

（ｉ３）システムの検討
表１に、実施例と比較例についての、システムの静圧および一定風量を循環させるために必要な動力について、まとめたものを以下の表１に示す。

表１では、実施例と比較例についての、静圧と、サーバールーム１に一定風量を循環させるために空調機器が必要とする動力等の情報（空調機器情報）とが示されている。

Ａ．静圧
表１において、静圧は、項目分けをされて、値が示されている。

「１．本体」とは、冷却ユニット１０（または、冷却ユニット１０Ａ。以下、適宜、冷却ユニット１０と冷却ユニット１０Ａの双方を意味する。）本体における静圧を意味する。この中で、「フィルタ」とは、ファン１６（または、ファン１６Ａ。以下、適宜、ファン１６とファン１６Ａの双方を意味する。）の前段または後段に設けられるフィルタによる静圧である。「コイル」とは、ドライコイルユニット１２（熱交換器１３（または、熱交換器１３Ａ。以下、適宜、熱交換器１３と熱交換器１３Ａの双方を意味する。））による静圧である。「ケーシング」とは、冷却ユニット１０のケーシングによる静圧である。

表１において、実施例と比較例とでは、「フィルタ」の静圧は同じ値であるが、「コイル」の静圧は比較例の方が値が高くなっている。図３において熱交換器１３を通過した空気は、ファン１６によってそのまま正面に送り出されるのに対し、図１６では、熱交換器１３Ａを通過した空気は、吹出フード１４１に向けて下方に導かれることによる。つまり、実施例では、空気は熱交換器１３の後方から前方へ向けて通過するのに対し、比較例では、空気は熱交換器１３Ａの後方から前下方へ向けて通過する。熱交換器１３Ａが熱交換器１３よりもコイル面積が小さいため、通過風速が大きくなり、これにより圧力損失が大きくなることによる。

また、「ケーシング」についても、比較例の冷却ユニット１０Ａの方が実施例の冷却ユニット１０よりもケーシング内で移動する距離が長く、方向も変わるため、比較例の方が実施例よりも静圧の値が高くなっている。

以上の次第で、実施例では、冷却ユニット１０の本体における静圧は２０ｍｍＡｑであるのに対し、比較例での静圧は４０ｍｍＡｑとなっている。

「２．吹出フード」とは、吹出フード１４１を空調空気が通過する際の静圧である。比較例では吹出フードの静圧は５ｍｍＡｑとされているが、実施例では吹出フード１４１が存在しないためこの静圧を考慮する必要がなく０ｍｍＡｑとされている。

「３．床下チャンバ」とは、床下給気チャンバ１０３を空調空気が通過する際の静圧である。具体的には、床下給気チャンバ１０３内の配線等による静圧を意味する。比較例では床下チャンバの静圧は５ｍｍＡｑとされているが、実施例では床下給気チャンバ１０３が存在しないためこの静圧を考慮する必要がなく０ｍｍＡｑとされている。

「４．床吹出口」とは、給気部１０７を空調空気が通過する際の静圧である。比較例では床吹出口の静圧は５ｍｍＡｑとされているが、実施例では給気部１０７が存在しないためこの静圧を考慮する必要がなく０ｍｍＡｑとされている。

「５．アイル間ラック通風」とは、サーバールーム１内のラック４を空調空気が通過する際の静圧である。実施例においても比較例においても、ラック４を通過する際の静圧は、同じであるため、この静圧はともに５ｍｍＡｑとされている。

「６．天井吸込口」とは、吸込口８１を廃熱空気が通過する際の静圧である。実施例においても比較例においても、吸込口８１を廃熱空気が通過する際の静圧は、同じであるため、この静圧はともに３ｍｍＡｑとされている。

「７．天井内チャンバ」とは、還気チャンバ８内を廃熱空気が通過する際の静圧である。実施例でも比較例でも、還気チャンバ８を通過する廃熱空気は、還気チャンバ８内の配線や梁によって圧力損失が生じる。この静圧はともに５ｍｍＡｑとされている。

「８．天井内〜機械室チャンバ」とは、廃熱空気が還気チャンバ８と空調機器室７の境界を通過する際の静圧である。この静圧はともに２ｍｍＡｑとされている。

Ｂ．空調機器の動力
実施例と比較例の双方において、サーバールーム１に１時間あたり３０９，０００ｍ^３の風量の空気の循環がなされるとする。

比較例では、冷却ユニット１０によって空気が循環されている。つまり、冷却ユニット１０の動力により、サーバールーム１への空調空気の導入および廃熱空気の空調機器室７への排出が行なわれることになる。変形例では、１１台の空調機が利用されて、循環が行なわれた。これにより、１台の空調機あたりの送風量は、２８，１００ｍ^３／ｈとなる。これに、上記のように示された比較例のすべての静圧を考慮すると、各空調機の動力は１１ｋＷと算出される。この動力は、理論効率を０．４９とし、次の式（１）に従って算出されている。なお、式（１）中の、「６１２０」は換算定数である。

{28100(m³/h)/60(min/h)×20(mmAq)}/{6120(換算定数)×0.49(効率)}≒11(kW) …(1)
一方、実施例では、サーバールーム１への空調空気の導入は、冷却ユニット１０の動力によって賄われる。実施例では、２３台の冷却ユニット１０によって空調空気が導入された。表１中の静圧のうち、１．〜４．はサーバールーム１への空調空気の導入に対応し、５．〜８．は空調機器室７への廃熱空気の排出に対応する。３０９，０００ｍ^３／ｈの風量の空調空気の導入のためには、冷却ユニット１０の１台あたりの風量は１３，４３５ｍ^３／ｈとなる。これに、上記実施例の１．〜４．の静圧の和である３５ｍｍＡｑを考慮すると、各冷却ユニット１０の動力は３．３３ｋＷと算出される。なお、この場合の理論効率は０．３８としている。

以上より、実施例で要した動力は、２３台分の冷却ユニット１０の動力の総和である５０．６ｋＷとなる。

ここで、実施例で要した動力（７６．６ｋＷ）と比較例で要した動力（１２１．ｋＷ）とを対比すると、その比率は、比較例を１．０とした場合、実施例では０．６３となる。

以上の次第で、空調に床下空間を利用することを廃止した実施例によれば、要する動力を０．６３倍に抑えることができると言える。

また、空調に床下空間を利用することを廃止することにより、サーバールーム１の床下のスペースを配線専用のスペースとすることができる。これにより、空調に床下空間を利用する際に７００ｍｍ程度必要とされる床下の高さを、４００ｍｍ程度にすることができ、３００ｍｍ程度、サーバールーム１として利用する部屋の高さを多く設計することができる。またあるいは、建物の階高を３００ｍｍ低くすることができ、建設コスト低減に寄与できる。

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。

１ サーバールーム、２ 側壁面、３ 吹出口、４ ラック、５ 遮蔽板、７ 空調機器室、８ 還気チャンバ、９ コントローラ、１０，１０Ａ 冷却ユニット、１２ ドライコイルユニット、１３，１３Ａ 熱交換器、１４ 冷媒供給口、１５ 冷媒排出口、１６，１６Ａ ファン、１８ 空調空気、４１ 前面扉、４２ 背面板、４３ 天板排出口、４４ ケーブル取込用開口、４５ ルーバーブレード、４６，２３２，２３４ 温度センサ、４７ 電流センサ、４８ 棚、８１ 吸込口、９２ 制御部、９４ データ入力部、９６ 電流データ入力部、９８ 温度データ入力部、１００ 二次側部分、１０３ 床下給気チャンバ、１０７ 給気部、１４１ 吹出フード、２００ 熱源部分、２１０ ラジエター、２１２ リタンヘッダ、２１４ サプライヘッダ、２１６ バイパス弁、２１８ 配管、２２０ チラー、２２４ 出側配管、２４２ リターン配管、２４４ 送出配管、４００ 投影像、ＤＥＶ 情報処理機器、ＳＹＳ 空調システム。

Claims (6)

1. 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であって、
   前記複数のラックの給気面と接する第１の空間と、前記複数のラックの排気面と接する第２の空間とを区画するための区画部と、
   前記第１の空間へ空調空気を供給するための空調機構と、
   前記第２の空間から廃熱空気を排出するための還気機構と、
   前記空調対象室の前記第１の空間内の側壁面に設けられた、前記空調機構からの前記空調空気を吹き出すための吹出口とを備え、
   前記複数のラックは、排気面同士が対向するように隣接して配置された一対のラック群の単位で構成されており、
   前記区画部は、前記一対のラック群の各々についての排気面側に位置する空間を、前記空調対象室の他の空間から区切るように構成されており、
   前記吹出口は、前記空調空気を前記一対のラック群の排気面同士が対向する空間が延びる方向に吹き出すような位置に設けられ、
   前記側壁面において前記吹出口が占める幅の合計値が前記ラック群を当該側壁面へ投影して生じる幅の合計値より大きくなるように構成され、
   前記側壁面において前記吹出口が占める面積が、当該側壁面の全体面積の５０％以上を占め、
   前記吹出口は、前記側壁面において、前記ラック群の高さの６０％以上の範囲から空調空気を吹き出すように設けられる、空調システム。
2. 前記空調機構は、複数の前記吹出口にそれぞれ対応付けて配置された複数のユニットを含み、
   前記複数のユニットの各々は、
   熱交換器と、
   前記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つのファンとを含み、
   ファン通過面積の合計が前記吹出口の開口の面積の５０％以上となるように、前記少なくとも１つのファンが配置される、請求項１に記載の空調システム。
3. 前記吹出口は、対向する一対の側壁面にそれぞれ設けられる、請求項１または２に記載の空調システム。
4. 前記熱交換器に供給される冷媒は、前記空調対象室の露点温度より高い温度に維持される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空調システム。
5. 前記複数のラック内の前記情報処理機器での消費電力を検出する消費電力検出手段と、
   前記複数のラックから排出される廃熱空気の温度を検出する温度検出手段と、
   前記消費電力検出手段によって検出される消費電力および前記温度検出手段によって検出される温度に基づいて、前記第１の空間へ供給する前記空調空気の必要空調量を算出する手段と、
   算出された前記必要空調量に基づいて、前記複数のユニットが稼動すべき状態を決定する手段と、
   決定されたが稼動すべき状態に従って、前記複数のユニットの運転／停止を制御する制御手段とをさらに備える、請求項２に記載の空調システム。
6. 前記制御手段は、各ユニットの累積稼動期間が平準化されるように、算出された稼動させる必要のあるユニットの数の条件下で、前記複数のユニットの運転／停止を制御する、請求項５に記載の空調システム。

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