JP5353262B2 - 温度計測方法、温度制御システム、風量測定装置及び発熱量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の計算機が設置された計算機ルームの温度計測方法及び温度制御システム、風量測定装置、並びに発熱量測定装置に関する。

近年、高度情報化社会の到来にともなって計算機（コンピュータ装置）で多量のデータが取り扱われるようになり、データセンター等のように多数の計算機を同一室内に設置して一括管理することが多くなっている。このような状況下では、計算機から多量の熱が発生して誤動作や故障の原因となるため、計算機を冷却する手段が必要となる。

図１は、一般的な中・大規模計算機ルームの構造を示す模式図である。この図１に示すように、計算機ルームの室内は、機器設置エリア１０と、フリーアクセスフロア１５とに分離されている。機器設置エリア１０には複数のラック（サーバラック）１１が配置されており、各ラック１１にはそれぞれ複数の計算機（ブレードサーバ等）が収納されている。また、機器設置エリア１０には、管理者が通行するための通路や計算機の管理に必要な管理スペースが設けられている。

フリーアクセスフロア１５は、機器設置エリア１０の床下に設けられている。このフリーアクセスフロア１５には、各ラック１１に接続される電力ケーブルや通信ケーブル等の各種ケーブル１６がケーブルダクト１７に収納されて配置されている。

フリーアクセスフロア１５には、空調機１９から冷風が供給される。機器設置エリア１０の床下には通風口（グリル）１２が設けられており、この通風口１２を介してフリーアクセスフロア１５からラック１１の吸気口近傍に冷風を供給し、ラック１１内の計算機を冷却するようになっている。

ところで、省エネルギー及び地球温暖化防止の観点から、データセンターで消費する電力の削減が要望されている。このため、データセンターにおいても、単に計算機を冷却するのではなく、計算機の使用状況に応じて空調設備等を適切に制御することが求められている。

なお、長距離の温度計測を可能とするために光ファイバ式分布温度測定装置、コンピュータ及び光スイッチにより構成される装置を複数組用い、それらの装置間を光ファイバで接続して光ファイバ温度分布測定システムとする技術や、複数系統の照明設備毎に光ファイバ温度センサを設け、これら複数の光ファイバ温度センサと光ファイバ温度検出器との間に切替器（ラインセレクタ）を配置して照明設備を監視する技術や、道路の長さ方向に沿って複数の光ファイバを敷設して各光ファイバにより道路の温度分布を個別に計測し、それらの計測データを監視局に送信して監視局で一括管理する技術が知られている。また、光ファイバ式温度計を利用して風速を測定する技術が知られている。

特開平７−１５９２４４号公報 特開平７−１３５６９２号公報 特開２００１−２９６１８９号公報 特開２００２−２６７２４２号公報 特開２００８−２７８８８号公報 特開平５−１０７１２１号公報 特開平６−１７４５６１号公報

熱による計算機の誤動作や故障を回避しつつデータセンターで消費する電力を削減するためには、計算機ルームの温度分布を随時計測し、その計測結果に応じて空調設備等を適宜制御する必要がある。計算機ルームの温度分布を計測するためには、例えばフリーアクセスフロアやラック内に複数の温度センサ（温度センサＩＣ又は熱電対等）を設置することが考えられる。しかし、計算機ルームには多数のラックが設置されているので、温度センサの数が膨大になり、温度センサの設置や保守管理に要する費用が高くなるという問題がある。また、温度センサの数が多くなると故障が発生する割合も高くなるため、信頼性が十分でないという問題もある。

そこで、光ファイバを用いて計算機ルーム内（ラック内及びフリーアクセスフロアを含む）の温度分布を監視することが提案されている。しかしながら、現状では、計算機ルームの温度分布の計測に適した光ファイバの敷設方法や、温度計測結果をどのように空調設備等の運転に反映させるかなどの技術が確立されていない。

以上から、計算機ルームの温度分布を効率的かつ精度よく測定できる光ファイバを用いた計算機ルームの温度計測方法を提供することを目的とする。また、光ファイバを用いた温度計測結果に基づいて空調設備等を適切に制御して計算機ルームの消費電力を抑制する計算機ルームの温度制御システムを提供することを目的とする。

更に、ラック等の空間内を通るエアーの風量を良好な精度で測定できる風量測定装置を提供することを目的とする。

更にまた、光ファイバを用いてラック等の空間内の発熱量を測定する発熱量測定装置を提供することを目的とする。

一観点によれば、複数の計算機又はストレージを収納するラックを複数台設置した計算機ルームの温度計測方法において、前記複数台のラックの内側及び外側の少なくとも一方に設定された複数の第１の温度計測ポイントを通るように第１の光ファイバを敷設し、前記複数台のラックの内側及び外側の少なくとも一方に設定されて前記第１の温度計測ポイントよりもピーク温度が高い複数の第２の温度計測ポイントを通るように第２の光ファイバを敷設し、前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバにそれぞれレーザ光を導入し、後方散乱光を検出して前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバの長さ方向に沿った温度分布を計測する計算機ルームの温度計測方法が提供される。

光ファイバによる温度計測では、計測ポイント間の距離が短くかつ温度差が大きい場合に、計測誤差が大きくなる。この場合、例えば計測ポイントに光ファイバを巻回して配置し、隣接する計測ポイント間の距離を実質的に大きくすることが考えられる。しかし、その場合はラック１台当たりの光ファイバの長さが長くなり、コストが増大するという欠点がある。

上記した一観点においては、比較的低温の計測ポイント（第１の計測ポイント）を通るように敷設された第１の光ファイバと、比較的高温の計測ポイント（第２の計測ポイント）を通るように敷設された第２の光ファイバとにより計算機ルーム内の温度分布を計測する。光ファイバを上記のように敷設することにより、隣接する計測ポイント間の温度差が小さくなり、計測誤差も小さくなる。

なお、第１の光ファイバ及び第２の光ファイバは個別の光ファイバでもよく、１本の光ファイバの一部（往路）を第１の光ファイバとし、他の一部（復路）を第２の光ファイバとしてもよい。

他の観点によれば、複数の計算機又はストレージを収納するラックを複数台設置した計算機ルームの温度制御システムにおいて、前記複数台のラックの内側及び外側の少なくとも一方に設定された複数の第１の温度計測ポイントを通るように敷設された第１の光ファイバと、前記複数台のラックの内側及び外側の少なくとも一方に設定されて前記第１の温度計測ポイントよりもピーク温度が高い複数の第２の温度計測ポイントを通るように敷設された第２の光ファイバと、前記複数の第１の温度計測ポイント及び前記複数の第２の温度計測ポイントの目標温度が設定される制御部と、前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバにより前記複数の第１の温度計測ポイント及び前記複数の第２の温度計測ポイントの温度を計測する光ファイバ検出器と、前記計算機ルーム内に設置された空調冷却設備とを有し、前記制御部が、前記光ファイバ検出器により計測した前記複数の第１の温度計測ポイント及び前記複数の第２の温度計測ポイントの温度が前記目標温度となるように前記空調冷却設備を制御する温度制御システムが提供される。

上記観点においては、光ファイバ検出器により計算機ルーム内の温度分布を計測する。光ファイバ検出器を用いることにより、計算機ルーム内の温度分布をリアルタイムで計測することができる。制御部は、光ファイバ検出器による温度分布計測結果に基づいて、各計測ポイントの温度が目標値となるように空調冷却設備（空調機、冷却用ファン、冷水供給ポンプ及びグリル調整機構等）を制御する。その結果、計算機ルーム内の温度分布は変化するが、温度変化は光ファイバ検出器により検出されて制御部に伝達される。

このように、上記観点においては、光ファイバ検出器により計算機ルーム内の計測ポイントの温度がリアルタイムに計測され、その結果に基づいて制御部により空調冷却設備が制御される。これにより、熱だまりや過冷却等が適切に回避され、計算機ルームの消費電力を低減することができる。

更に他の観点によれば、複数の計算機を収納するラックを複数台設置した計算機ルームの温度制御システムにおいて、前記複数台のラックの内側及び外側の少なくとも一方に設定された複数の第１の温度計測ポイントを通るように敷設された第１の光ファイバと、前記複数台のラックの内側及び外側の少なくとも一方に設定されて前記第１の温度計測ポイントよりもピーク温度が高い複数の第２の温度計測ポイントを通るように敷設された第２の光ファイバと、前記複数の第１の温度計測ポイント及び前記複数の第２の温度計測ポイントの目標温度が設定される制御部と、前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバにより前記複数の第１の温度計測ポイント及び前記複数の第２の温度計測ポイントの温度を計測する光ファイバ検出器と、新規ジョブの計算量に応じて前記新規ジョブを処理する計算機を決定する負荷分散サーバと、計算量とＣＰＵ（Central Processing Unit）温度との関係を記憶したデータベースを備え、前記データベースを用いて前記新規ジョブの計算量に応じた信号を前記制御部に出力する状態変数保存部とを有し、前記制御部が、前記目標温度と、前記光ファイバ検出器による温度計測結果と、前記状態変数保存部から出力される前記信号とに応じて前記計算機ルームに設けられた空調冷却設備を制御する温度制御システムが提供される。

上記観点に係る温度制御システムは、新規ジョブを処理する計算機を決定する負荷分散サーバと、計算量とＣＰＵ温度との関係を記憶したデータベースを備えた状態変数保存部とを有している。

新規ジョブが投入されると、負荷分散サーバは新規ジョブを処理する計算機を決定するとともに、状態変数保存部に新規ジョブの計算量を示す情報を出力する。状態情報保存部は、データベースを参照し、新規ジョブの計算量に応じた信号を制御部に出力する。制御部は、目標温度と、光ファイバ検出器により計測された計測ポイントにおける温度と、状態保存部から出力された信号とに基づいて空調冷却設備（空調機、冷却用ファン、冷却水供給ポンプ及びグリル調整機構等）を制御する。

上記観点においては、状態変数保存部のデータベースに計算量とＣＰＵ温度との関係が記憶されているので、制御部は、計算機がジョブの処理を開始する前又はジョブの処理を開始すると同時にその計算機に関係する空調冷却設備を制御し、計算機の温度上昇を抑制することができる。

一般的に、温度が高くなるほどＣＰＵ（トランジスタ）のリーク電流が多くなり、計算機の消費電力が多くなる。上記温度制御システムにおいては、計算機が新規ジョブの処理を開始する前又は開始すると同時に、計算機の温度上昇が抑制されるように空調冷却設備を制御するので、計算機ルームの消費電力をより一層低減することができる。

図１は、一般的な中・大規模計算機ルームの構造を示す模式図である。 図２は、光ファイバを用いた温度分布測定装置の構成を示す模式図である。 図３は、後方散乱光のスペクトルを示す図である。 図４は、ラマン散乱光の強度の時系列分布の一例を示す図である。 図５は、図４のラマン散乱光の強度の時系列分布を基にＩ₁／Ｉ₂比を時間毎に計算し、且つ図４の横軸（時間）を距離に換算し、縦軸（信号強度）を温度に換算した結果を示す図である。 図６は、計算機ルームに配置されたラックを示す側面図である。 図７は、光ファイバの敷設の第１の例（比較例）を示す模式図（側面図）である。 図８は、光ファイバの敷設の第１の例（比較例）を示す模式図（上面図）である。 図９は、温度が２５℃の環境に光ファイバを配置し、光源から５ｍの位置を中心に８０℃の熱をステップ型温度分布となるように印加した場合の計測温度分布を示す図である。 図１０は、図７，図８のように光ファイバを敷設したときの実温度分布と計測温度分布とを示す図である。 図１１は、光ファイバの敷設の第２の例（比較例）を示す模式図（側面図）である。 図１２は、光ファイバの敷設の第２の例（比較例）を示す模式図（上面図）である。 図１３は、図１１，図１２に示すように光ファイバを敷設したときの実温度分布と計測温度分布とを示す図である。 図１４は、光ファイバの敷設の第３の例（実施例）を示す模式図（側面図）である。 図１５は、光ファイバの敷設の第３の例（実施例）を示す模式図（上面図）である。 図１６は、図１４，図１５に示すように第２の光ファイバを敷設したときの実温度分布と計測温度分布とを示す図である。 図１７は、図１４，図１５に示すように第１の光ファイバを敷設したときの実温度分布と計測温度分布とを示す図である。 図１８は、光ファイバの敷設の第４の例（実施例）を示す模式図（側面図）である。 図１９は、光ファイバの敷設の第４の例（実施例）を示す模式図（上面図）である。 図２０は、図１８，図１９に示すように第２の光ファイバを敷設したときの実温度分布と計測温度分布とを示す図である。 図２１は、１チャンネルのシングルエンド方式光ファイバ検出器を２台使用して温度計測を行う例を示す模式図である。 図２２は、２チャンネルのシングルエンド方式光ファイバ検出器を使用して温度計測を行う例を示す模式図である。 図２３は、２チャンネルのループ方式光ファイバ検出器を用いて温度計測を行う例を示す模式図である。 図２４は１チャンネルのループ方式光ファイバ検出器を用いて温度計測を行う例を示す模式図である。 図２５は、実施形態に係る計算機ルームの温度制御システムの第１の構成例を示す模式図である。 図２６は、第１の構成例における温度制御方法の概念を示す概念図である。 図２７は、実施形態に係る計算機ルームの温度制御システムの第２の構成例を示す模式図である。 図２８は、第２の構成例における温度制御方法の概念を示す概念図である。 図２９は、水冷及び空冷を組み合わせたハイブリッド冷却方式に適用した実施形態の例を示す模式図である。 図３０は、実施形態に係る風量測定装置及び風量測定方法を示す模式図である。 図３１は、風量測定方法の実施例における光ファイバの敷設状態を示す模式図ある。 図３２は、風量測定方法の比較例におけるポイント測定型温度センサ（熱電対）の敷設状態を示す模式図ある。 図３３は、ポイント測定型温度センサ（熱電対）により計測した各計測ポイントの温度の例を示す図である。 図３４は、光ファイバ及び熱電対で計測した吸気側の計測温度分布をシミュレーションした結果を示す図である。 図３５は、光ファイバ及び熱電対で計測した排気側の計測温度分布をシミュレーションした結果を示す図である。 図３６は、実施例及び比較例における平均温度、風量及び風速の測定結果をまとめて示す図である。 図３７は、実施形態に係る発熱量測定装置及び発熱量測定方法を示す模式図である。

（温度分布測定）
次に、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

図２は光ファイバを用いた温度分布測定装置の構成を示す模式図である。また、図３は後方散乱光のスペクトルを示す図である。

図２に示すように、温度分布測定装置は、レーザ光源２１と、レンズ２２ａ，２２ｂと、ビームスプリッタ２３と、光ファイバ２４と、波長分離部２５と、光検出器２６とにより構成されている。

レーザ光源２１からは、所定のパルス幅のレーザ光が一定の周期で出力される。このレーザ光は、レンズ２２ａ、ビームスプリッタ２３及びレンズ２２ｂを通って光ファイバ２４の光源側端部から光ファイバ２４内に進入する。なお、図２において、２４ａは光ファイバ２４のコアを示し、２４ｂは光ファイバ２４のクラッドを示している。

光ファイバ２４内に侵入した光の一部は、光ファイバ２４を構成する分子により後方散乱される。後方散乱光には、図３に示すように、レイリー（Rayleigh）散乱光と、ブリルアン（Brillouin）散乱光と、ラマン（Raman）散乱光とが含まれる。レイリー散乱光は入射光と同一波長の光であり、ブリルアン散乱光及びラマン散乱光は入射波長からシフトした波長の光である。

ラマン散乱光には、入射光よりも長波長側にシフトしたストークス光と、入射光よりも短波長側にシフトした反ストークス光とがある。ストークス光及び反ストークス光のシフト量はレーザ光の波長や光ファイバ２４を構成する物質等に依存するが、通常５０ｎｍ程度である。また、ストークス光及び反ストークス光の強度はいずれも温度により変化するが、ストークス光は温度による変化量が小さく、反ストークス光は温度による変化量が大きい。すなわち、ストークス光は温度依存性が小さく、反ストークス光は温度依存性が大きいということができる。

これらの後方散乱光は、図２に示すように、光ファイバ２４を戻って光源側端部から出射する。そして、レンズ２２ｂを透過し、ビームスプリッタ２３により反射されて、波長分離部２５に進入する。

波長分離部２５は、波長に応じて光を透過又は反射するビームスプリッタ３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、特定の波長の光のみを透過する光学フィルタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、光学フィルタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃを透過した光をそれぞれ光検出器２６の受光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃに集光する集光レンズ３４ａ，３４ｂ，３４ｃとにより構成されている。

波長分離部２５に入射した光は、ビームスプリッタ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ及び光学フィルタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃによりレイリー散乱光、ストークス光及び反ストークス光に分離され、光検出器２６の受光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃに入力される。その結果、受光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃからはレイリー散乱光、ストークス光及び反ストークス光の強度に応じた信号が出力される。

なお、光検出器２６に入力される後方散乱光のパルス幅は光ファイバ２４の長さに関係する。このため、レーザ光源２１から出力されるレーザパルスの間隔は、各レーザパルスによる後方散乱光が重ならないように設定される。また、レーザ光のパワーが高すぎると誘導ラマン散乱状態になって正しい計測ができなくなる。このため、誘導ラマン散乱状態にならないようにレーザ光源２１のパワーを制御することが重要である。

前述したように、ストークス光は温度依存性が小さく、反ストークス光は温度依存性が大きいので、両者の比により後方散乱が発生した位置の温度を評価することができる。ストークス光及び反ストークス光の強度比は、光ファイバ中のオプティカルフォノンの角周波数をω_k、入射光の角周波数をω₀、プランク定数をｈ、ボルツマン定数をｋ、温度をＴとしたときに、以下の（１）式により表わされる。

すなわち、ストークス光及び反ストークス光の強度比がわかれば、（１）式から後方散乱が発生した位置の温度を算出することができる。

ところで、光ファイバ２４内で発生した後方散乱光は、光ファイバ２４を戻る間に減衰する。そのため、後方散乱が発生した位置における温度を正しく評価するためには、光の減衰を考慮することが必要である。

図４は、横軸に時間をとり、縦軸に光検出器の受光部から出力される信号強度をとって、ラマン散乱光の強度の時系列分布の一例を示す図である。光ファイバにレーザパルスを入射した直後から一定の間、光検出器にはストークス光及び反ストークス光が検出される。光ファイバの全長にわたって温度が均一の場合、レーザパルスが光ファイバに入射した時点を基準とすると、信号強度は時間の経過とともに減少する。この場合、横軸の時間は光ファイバの光源側端部から後方散乱が発生した位置までの距離を示しており、信号強度の経時的な減少は光ファイバによる光の減衰を示している。

光ファイバの長さ方向にわたって温度が均一でない場合、例えば長さ方向に沿って高温部及び低温部が存在する場合は、ストークス光及び反ストークス光の信号強度は一様に減衰するのではなく、図４に示すように信号強度の経時変化を示す曲線に山及び谷が現れる。図４において、ある時間ｔにおける反ストークス光の強度をＩ₁、ストークス光の強度をＩ₂とする。

図５は、図４のラマン散乱光の強度の時系列分布を基にＩ₁／Ｉ₂比を時間毎に計算し、且つ図４の横軸（時間）を距離に換算し、縦軸（信号強度）を温度に換算した結果を示す図である。この図５に示すように、反ストークス光とストークス光との強度比（Ｉ₁／Ｉ₂）を計算することにより、光ファイバの長さ方向における温度分布を測定することができる。

なお、後方散乱が発生した位置におけるラマン散乱光（ストークス光及び反ストークス光）の強度は温度により変化するが、レイリー散乱光の強度の温度依存性は無視できるほど小さい。従って、レイリー散乱光の強度から後方散乱が発生した位置を特定し、その位置に応じて光検出器で検出したストークス光及び反ストークス光の強度を補正することが好ましい。

図６は、計算機ルームに配置されたラックを示す側面図である。空調機からフリーアクセスフロア１５に供給された冷風は、グリル（通風口）４１を通って機器設置エリア１０に供給される。ラック１１の背面側には吸気口が設けられており、この吸気口を介してラック１１内に冷風が取り込まれる。そして、ラック１１内に収納されている各計算機（ブレードサーバ等）のＣＰＵ等を冷却した後、ラック１１の前面側の排気口を介してラック１１の外側に排出される。なお、本実施形態ではラック内に複数の計算機（ブレードサーバ等のコンピュータ）が収納されているものとしているが、複数のストレージ（記憶装置）が収納されているラックの内部又はそのラックの近傍の温度を計測する場合も、基本的な構成は同様である。

図６において、ａ〜ｅは空調冷却設備の制御に必要な温度計測ポイントを示している。ａはフリーアクセスフロア１５のグリル近傍の温度計測ポイント、ｂはラック１１内の吸気口近傍の温度計測ポイント、ｃはラック１１内に収納された計算機のＣＰＵ近傍の温度計測ポイント、ｄはラック１１内の排気口近傍の温度計測ポイント、ｅはラック１１の外側の排気口近傍の天井ゾーンの温度計測ポイントである。

図７，図８は光ファイバの敷設の第１の例（比較例）を示す模式図である。図７はラックを側方から見たときの光ファイバの敷設状態を示し、図８はラックを上から見たときの光ファイバの敷設状態を示している。なお、図８において、太い実線は機器設置エリア（ラック内を含む）１０に配設された光ファイバを示し、太い破線はフリーアクセスフロア１５に配設された光ファイバを示している。また、ここでは、ラック１１内に３台の計算機が収納されているものとする。

図７に示すように、第１の例では光ファイバ２４を、フリーアクセスフロア１５のグリル近傍ａ−ラック１１内の吸気口近傍ｂ−ラック１１内の天板近傍ｆ−ラック１１の外側（前面側）の天井近傍ｅ−ラック１１内の排気口近傍ｄ−各計算機のＣＰＵ近傍ｃ−ラック１１内の排気口近傍ｄ−フリーアクセスフロア１５の順に通るように敷設している。図７，図８には、各エリアにおける光ファイバ２４の長さを併せて示している。ここで、ラック１１から次のラック１１までの光ファイバ２４の長さを１．４ｍとすると、ラック１台当たりの光ファイバの長さは１６ｍ（＝１＋２．１＋０．８＋１＋１．２＋７＋１．５＋１．４）となる。

図９は、横軸に光ファイバの長さ方向の位置をとり、縦軸に温度をとって、温度が２５℃の環境に光ファイバを配置し、光源から５ｍの位置を中心に８０℃の熱をステップ型温度分布となるように印加した場合の計測温度分布を示す図である。ここで、加熱部の長さはそれぞれ４０ｃｍ、１ｍ、１．６ｍ、２．２ｍとしている。この図９からわかるように、加熱部の長さが２ｍよりも短い場合は計測温度分布のピークは実温度よりも低く観測され、加熱部の長さが２ｍ以上の場合は計測温度分布のピークと実温度とがほぼ一致する。

ラマン散乱を用いた光ファイバ温度計測は、図９のように低い空間周波数しかもたない計測方式である。このため、隣接する測定ポイントの温度分布が相互に重なり、実温度と計測温度との間に大きな差が発生することがある。図７に示す例では、各計算機のＣＰＵ間の間隔が狭いため、各ＣＰＵの近傍に光ファイバを巻回して配置し、各ＣＰＵ近傍の温度検出精度を上げている。

図１０は、図７，図８のように光ファイバ２４を敷設したときの実温度分布（設定値：実線）と計測温度分布（予想値：一点鎖線）とを示している。ここでは、実温度分布として図１０中に実線で示すような温度分布を設定し、その実温度分布に対しシミュレーションを行って理想的な計測を行った場合の計測温度分布を求めている。

図９に示す応答特性から推測されるように、光ファイバを用いた温度計測では、急峻な温度分布の空間周波数特性を保持する部分（図１０中に示すラック１１内の天板近傍ｆ及びラック１１の外側の天井近傍ｅ）でその変化に追従できず、実温度と計測温度との間に大きな差（約４℃）を生じている。ラック１１内の天板近傍ｆの温度は空気（冷媒）のフローの監視に重要ではないため誤差が大きくても問題ないが、ラック１１の外側の天井近傍ｅの温度は空気のフローの監視に重要であり、実温度と計測温度との差が大きいと空調冷却設備を適切に制御することができなくなる。空調冷却設備を適切に制御するためには、図６に示す計測ポイント、すなわちフリーアクセスフロア１５のグリル近傍ａ、ラック１１内の吸気口近傍ｂ、各計算機のＣＰＵ近傍ｃ、ラック１１内の排気口近傍ｄ及びラック１１の外側（前面側）の天井近傍ｅにおける実温度と計測温度との差は２℃未満であることが好ましい。

図１１，図１２は、光ファイバの敷設の第２の例（比較例）を示す模式図である。図１１はラックを側方から見たときの光ファイバの敷設状態を示し、図１２はラックを上から見たときの光ファイバの敷設状態を示している。なお、図１２において、太い実線は機器設置エリア（ラック内を含む）１０に配設された光ファイバを示し、太い破線はフリーアクセスフロア１５に配設された光ファイバを示している。また、図１１，図１２には、各エリアにおける光ファイバの長さを併せて示している。

通常、計算機は、ＣＰＵの温度（ＣＰＵ接合温度）を検出するセンサを内蔵している。この第２の例では、ＣＰＵの温度は計算機に内蔵されたセンサにより測定するものとし、光ファイバではＣＰＵ近傍の温度の計測は行わないとしている。この図１１，図１２のように光ファイバ２４を敷設した場合は、ラック１１から次のラック１１までの間の光ファイバ２４の長さを１．４ｍとすると、１台のラック当たりの光ファイバの長さは９．４ｍ（＝１＋２．１＋０．８＋０．５＋１＋０．５＋２．１＋１．４）となる。

図１３は、図１１，図１２に示すように光ファイバ２４を敷設したときの実温度分布（設定値：実線）と計測温度分布（予想値：一点鎖線）とを示している。この図１３からわかるように、図１１，図１２のように光ファイバ２４を敷設した場合も、ラック１１内の天板近傍ｆ、ラック１１内の排気口近傍ｄ及びラック１１の外側の天井近傍ｅにおける実温度と計測温度との間には２℃以上の差が発生する。

図１４，図１５は、光ファイバの敷設の第３の例（実施例）を示す模式図である。図１４はラックを側方から見たときの光ファイバの敷設状態を示し、図１５はラックを上から見たときの光ファイバの敷設状態を示している。なお、図１５において、太い実線は機器設置エリア（ラック内を含む）１０に配設された光ファイバを示し、太い破線はフリーアクセスフロア１５に配設された光ファイバを示している。また、図１４，図１５には、各エリアにおける光ファイバの長さを併せて示している。

この第３の例では、ピーク温度が比較的低い温度計測ポイント、すなわちフリーアクセスフロア１５のグリル近傍ａ及びラック内１１内の吸気口近傍ｂの温度を計測するための第１の光ファイバ２４ａと、ピーク温度が比較的高い温度計測ポイント、すなわちラック１１内のＣＰＵ近傍ｃ、排気口近傍ｄ及びラック１１の外側の天井近傍ｅの温度を計測するための第２の光ファイバ２４ｂとの２本の光ファイバを敷設する。このように敷設した場合、第１の光ファイバ２４ａのラック１台当たりのファイバ長は３．６ｍ（＝１＋０．９＋０．７）、第２の光ファイバ２４ｂのラック１台当たりのファイバ長は１０．４ｍ（＝１＋１．２＋０．５＋０．７）となり、ラック１台当たりの第１及び第２の光ファイバ２４ａ，２４ｂの合計のファイバ長は１４ｍとなる。

図１６は、図１４，図１５に示すように第２の光ファイバ２４ｂを敷設したときの実温度分布（設定値：実線）と計測温度分布（予想値：一点鎖線）とを示す図である。この図１６からわかるように、第３の例では、ラック１１内のＣＰＵ近傍ｃ、排気口近傍ｄ及びラック１１の外側の天井近傍ｅのいずれにおいても、実温度と計測温度との差が２℃未満となっている。

図１７は、図１４，図１５に示すように第１の光ファイバ２４ａを敷設したときの実温度分布（設定値：実線）と計測温度分布（予想値：一点鎖線）とを示す図である。この図１７からわかるように、第３の例では、フリーアクセスフロア１５のグリル近傍ａの温度を精度よく計測できると共に、ラック１１内の吸気口近傍ｂの温度分布も良好な精度で再現されている。

すなわち、第３の例のように光ファイバを敷設することにより、計算機ルームの温度分布を比較的良好な精度で検出することができる。これは、前述したように光ファイバ温度計測は低い空間周波数しかもたないため、第１及び第２の例では隣り合う計測ポイントの温度差が比較的大きいところで誤差が大きくなるのに対し、第３の例では隣り合う計測ポイントの温度差が小さくなるようにしているためである。

また、第３の例のように光ファイバを敷設することにより、第１の例（図７，図８参照）のように光ファイバを敷設する場合に比べてラック１台当たりの光ファイバの長さが短くてすみ、同じ長さの光ファイバを用いてより多くのラックの温度分布を計測することができる。

図１８，図１９は、光ファイバの敷設の第４の例（実施例）を示す模式図である。図１８はラックを側方から見たときの光ファイバの敷設状態を示し、図１９はラックを上から見たときの光ファイバの敷設状態を示している。図１８，図１９には、各エリアにおける光ファイバの長さを併せて示している。

第４の例では、第１の光ファイバ２４ａにより、第３の例と同様にフリーアクセスフロア１５のグリル近傍ａ及びラック１１内の吸気口近傍ｂの温度計測を行う。一方、第２の光ファイバ２４ｂではラック１１の外側の天井近傍ｅ及びラック１１内の排気口近傍ｄの温度計測を行い、ＣＰＵの温度は計算機に内蔵されたセンサにより測定する。

ラック１１から次のラック１１までの光ファイバ２４ａ，２４ｂの長さをいずれも０．７ｍとすると、ラック１台辺りの第１の光ファイバ２４ａの長さは３．６ｍ（＝１＋１．９＋０．７）となり、第２の光ファイバ２４ｂの長さは５．１ｍ（＝１＋０．５＋２．４＋０．５＋０．７）となる。従って、第４の例では、ラック１台当たりの第１及び第２の光ファイバ２４ａ，２４ｂの合計の長さは８．７ｍとなる。

図２０は、図１８，図１９に示すように第２の光ファイバ２４ｂを敷設したときの実温度分布（設定値：実線）と計測温度分布（予想値：１点鎖線）とを示している。この図２０からわかるように、図１８，図１９のように第２の光ファイバ２４ｂを敷設した場合は、ラック１１の内側の吸気口近傍ｄ及びラック１１の外側の天井近傍ｅにおける実温度と計測温度との差がいずれも２℃未満となる。

なお、第１の光ファイバ２４ａの実温度分布及び計測温度分布は第３の例（図１７参照）と同様であるので、ここではその説明を省略する。

この第４の例のように光ファイバを敷設することにより、第２の例（図１１，図１２参照）のように光ファイバを敷設する場合に比べてラック１台当たりの光ファイバの長さが短くてすみ、同じ長さの光ファイバを用いてより多くのラックの温度分布を計測することができる。

以下、本実施形態で用いる光ファイバ検出器（温度分布測定装置）の例について説明する。

図２１は、１チャンネルのシングルエンド方式光ファイバ検出器を２台使用して温度計測を行う例を示す模式図である。この例では、一方の光ファイバ検出器５１ａを各ラック１１の低温部（フリーアクセスフロアのグリル近傍ａ及びラック内の吸気口近傍ｂ等）を通る第１の光ファイバ２４ａに接続して低温側の温度計測を行い、他方の光ファイバ検出器５１ｂを各ラック１１の高温部（ラック内のＣＰＵ近傍ｃ、排気口近傍ｄ及びラック外側の天井近傍ｅ等）を通る第２の光ファイバ２４ｂに接続して高温側の温度計測を行う。

図２２は、２チャンネルのシングルエンド方式光ファイバ検出器を使用して温度計測を行う例を示す模式図である。この例では、検出器５２と第１の光ファイバ２４ａ及び第２の光ファイバ２４ｂとの間に切替器５３を設け、この切替器５３により検出器５２と第１の光ファイバ２４ａ及び第２の光ファイバ２４ｂとの間を一定の周期で切替えて、各ラック１１の高温部及び低温部の温度計測を行う。

図２３は、２チャンネルのループ方式光ファイバ検出器を用いて温度計測を行う例を示す模式図である。この例では、第１の光ファイバ２４ａを各ラック１１の低温部（フリーアクセスフロアのグリル近傍ａ及びラック内の吸気口近傍ｂ等）を通るように敷設し、第２の光ファイバ２４ｂを各ラック１１の高温部（ラック内のＣＰＵ近傍ｃ、排気口近傍ｄ及びラック外側の天井近傍ｅ等）を通るように敷設する。また、光ファイバ検出器５４と第１の光ファイバ２４ａ及び第２の光ファイバ２４ｂとの間に切替器５５を配置する。そして、この切替器５５により検出器５４と第１の光ファイバ２４ａ及び第２の光ファイバ２４ｂとの間を一定の周期で切替えて、各ラック１１の高温部及び低温部の温度計測を行う。

図２４は１チャンネルのループ方式光ファイバ検出器を用いて温度計測を行う例を示す模式図である。この例では、各ラック１１の低温部（フリーアクセスフロアのグリル近傍ａ及びラック内の吸気口近傍ｂ等）を通るように光ファイバ２４の往路を敷設し、各ラック１１の高温部（ラック内のＣＰＵ近傍ｃ、排気口近傍ｄ及びラック外側の天井近傍ｅ等）を通るように光ファイバ２４の復路を敷設している。これにより、１本の光ファイバ２４で各ラック１１の高温部及び低温部の温度計測を行う。なお、光ファイバ２４の両端は切替器５７に接続され、この切替器５７によりレーザ光の入力及び出力が切り替えられる構成となっている。

（温度制御システム）
図２５は、実施形態に係る計算機ルームの温度制御システムの第１の構成例を示す模式図である。計算機ルームの機器設置エリア１０には、複数の計算機（ブレードサーバ等）を収納した複数のサーバラック１１と、各計算機の負荷を監視して各計算機の負荷が均一となるように新規ジョブを振り分ける負荷分散サーバを収納した負荷分散サーバラック６１とが配置されている。

これらのラック１１，６１には、例えば第３の例（図１４，図１５参照）又は第４の例（図１８，図１９参照）のように光ファイバが敷設されている。光ファイバ検出器７３はこれらの光ファイバに接続され、光ファイバ内にレーザ光を導入し、光ファイバ内で発生した後方散乱光を検出して、光ファイバの長さ方向に沿った温度分布をリアルタイムに計測する。光ファイバ検出器７３による温度計測の結果は制御部７１にリアルタイムに伝達される。

温度センサ７４は、ラック１１，６１に収納されている各計算機に内蔵されたＣＰＵの温度（ＣＰＵ接合温度）を検出するセンサを示している。これらの温度センサ７４による温度検出結果も制御部７１にリアルタイムに伝達される。

制御部７１は、光ファイバ検出器７３及び温度センサ７４から入力される信号（データ）に基づいて空調機７２を制御したり、各サーバラック１１，６１に設けられている排気ファン６３を制御したり、グリル４１の開口幅を調整するグリル調整機構（又はグリル４１に設けられた冷却用ファン）を制御する。以下、空調機７２、排気ファン６３及びグリル調整機構等をまとめて空調冷却設備という。

図２６は、上述したシステムにおける温度制御方法の概念を示す概念図である。制御部７１には、光ファイバ検出器７３による温度計測結果と、温度センサ７４によるＣＰＵ温度の計測結果が入力される。また、制御部７１には、ＣＰＵの許容温度並びに計算機ルームのラック内、天井近傍及びフリーアクセスフロア等における目標温度が入力される。目標温度は、ＣＰＵ等の仕様に基づいて設定された温度以下の温度であって、空調冷却設備の消費電力と全ラックの消費電力との和が最も小さくなるように設定される。

制御部７１は、光ファイバ検出器７３により計測された計算機ルーム内の温度分布及び温度センサ７４によるＣＰＵ温度の検出値と目標温度と比較して、計算機ルーム内の各種空調冷却設備、すなわち空調機７２、グリル調整機構及び各ラック１１，６１の排気ファン６３を制御する。これにより、計算機ルーム内の温度分布が変化する。その変化は光ファイバ検出器７３によりリアルタイムに計測され、制御部７１に伝達（フィードバック）される。また、計算機ルームの温度分布の変化により、ラック１１，６１内に収納された計算機のＣＰＵ温度が変化する。このＣＰＵ温度の変化も温度センサ７４によりリアルタイムに検出され、制御部７１に伝達（フィードバック）される。

このようにして、制御部７１は計算機ルーム内の各部の温度が目標温度になるように、空調冷却設備（空調機７２、グリル調整機構及び各ラック１１，６１の排気ファン６３等）を制御する。

本実施形態では、光ファイバ検出器７３及び温度センサ７４により計算機ルーム内の温度分布をリアルタイムに計測し、その結果に基づいて制御部７１が空調機７２、グリル調整機構及び各ラック１１，６１の排気ファン６３等の空調冷却設備を制御して熱だまりの発生を防止するとともに、必要以上に冷却されている箇所がないようにしている。これにより、計算機ルームの冷房に要する電力の消費を抑制することができる。

図２７は、実施形態に係る計算機ルームの温度制御システムの第２の構成例を示す模式図である。なお、図２７において、図２５と同一物には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

負荷分散サーバラック６１内に収納された負荷分散サーバに新規ジョブが投入されると、負荷分散サーバは新規ジョブの計算量と各計算機の稼働状態とに応じて、新規ジョブを処理する計算機を決定する。また、負荷分散サーバは、新規ジョブの計算量を示す情報と新規ジョブを処理する計算機とを示す情報を状態変数保存部７５に送信する。

状態変数保存部７５には、過去に処理したジョブの計算量、そのジョブを処理した計算機のＣＰＵ温度変化、及びそのジョブを処理した計算機のＣＰＵ温度を目標値とするための空調冷却設備制御パラメータ（グリル開口部の開口度及び排気ファンの回転数等）などの情報がデータベースとして蓄積されている。

状態変数保存部７５は、負荷分散サーバから送られてきた新規ジョブの計算量とデータベース内に蓄積されている過去の同等のジョブの計算量とを比較し、ジョブを処理する計算機のＣＰＵ温度を目標値とするための空調冷却設備制御パラメータ等の情報をデータベースから抽出して制御部７１に出力する。

制御部７１は、目標温度と、状態変数保存部７５から入力される情報と、光ファイバ検出器７３から入力される情報と、温度センサ７４から入力される情報とに基づいて、計算機ルーム内の各種空調冷却設備、すなわち空調機７２、グリル調整機構及び各ラック１１，６１の排気ファン６３を制御する。

図２８は、上述したシステムにおける温度制御方法の概念を示す概念図である。

制御部７１及び状態変数保存部７５には、ＣＰＵの許容温度並びに計算機ルームのラック内、天井近傍及びフリーアクセスフロア等における目標温度が入力される。また、制御部７１及び状態変数保存部７５には、光ファイバ検出器７３により計測された温度分布がリアルタイムに入力され、更に温度センサ７４により計測された各計算機のＣＰＵ温度がリアルタイムに入力される。

状態変数保存部７５には、負荷分散サーバラック６１内の負荷分散サーバから新規ジョブに関する情報及び新規ジョブを処理する計算機の情報が入力される。これらの情報が入力されると、状態変数保存部７５は、新規ジョブの計算量と蓄積されているデータベースの情報とを比較し、新規ジョブを処理する計算機のＣＰＵ温度を目標値にするために必要な空調冷却設備の制御パラメータをデータベースから抽出して制御部７１に出力する。

制御部７１は、状態変数保存部７５から入力した制御パラメータ、光ファイバ検出器７３による温度分布の計測結果、及び温度センサ７４による各計算機のＣＰＵ温度の計測結果に基づいて、空調冷却設備を制御する。この場合、制御部７１は、新規ジョブの処理に伴うＣＰＵの発熱を抑えるように、新規ジョブを処理する計算機を収納したラックの排気ファン６３やそのラックの近傍のグリル調整機構等を制御する。

本実施形態では、計算機が実際に新規ジョブの処理を開始する前（又は開始すると同時）に該当する計算機が収納されているラックの排気ファンやグリル調整機構等を制御するので、ＣＰＵの温度上昇を抑制することができる。一般的に、ＣＰＵが発熱すると、リーク電流が増加して消費電力が増大する。本実施形態においては、予め負荷分散サーバからの情報により発熱が予想されるＣＰＵが特定され、更にＣＰＵの発熱量が予測されるので、ＣＰＵの発熱を抑えるように空調冷却設備を制御することが可能である。すなわち、本実施形態では、いわゆるフィードフォワード制御により冷却制御を制御して新規ジョブを処理する計算機のＣＰＵの発熱を抑え、それによりＣＰＵの発熱にともなう電力消費の増大を回避する。これにより、計算機ルームで消費する電力が削減されるという効果を奏する。

図２９は、上述した技術を水冷及び空冷を組み合わせたハイブリッド冷却方式に適用した例を示す模式図である。ここでは、相互に隣接して配置された３台のラック１１を１組とし、各組毎にフリーアクセスフロア１０を介してチラー７６から冷却水（冷却媒体）を供給する配管７７ａ及び冷却水供給ポンプ７８と、熱交換後の冷却水をフリーアクセスフロア１５を介してチラー７６に戻す配管７７ｂとが設けられている。

第２の光ファイバ２４ｂは、各ラック１１の高温部（ラック内のＣＰＵ近傍ｃ、排気口近傍ｄ及びラック外側の天井近傍ｅ等：図６参照）を通るように敷設されている。一方、第１の光ファイバ２４ａは、各ラック１１の低温部（フリーアクセスフロア１５のグリル近傍ａ及びラック内の吸気口近傍ｂ等：図６参照）を通るように敷設されている。但し、図２９に示すように、第１の光ファイバ２４ａは、各組毎に、ラック１１内に導入される前に配管７７ａに所定長さ分（例えば１〜４ｍ）だけ巻き付けられ、ラック１１から導出された後に所定長さ分だけ配管７７ｂに巻き付けられている。

第１の光ファイバ検出器７３ａは第１の光ファイバ２４ａに接続されており、第２の光ファイバ検出器７３ｂは第２の光ファイバ２４ｂに接続されている。制御部７１は、これらの光ファイバ検出器７３ａ，７３ｂにより検出された計算機ルーム内の温度分布に基づき、計算機ルーム内の各部の温度が目標温度となるように、空調機７２、各ラック１１の排気ファン６１、冷却水供給ポンプ７８及びグリル調整機構等（図２５参照）を制御する。

本実施形態では、第１の光ファイバ２４ａを冷却水が通る配管７７ａ，７７ｂに巻き付けている。冷却水が通る配管７７ａ，７７ｂは温度変化が比較的少なく、かつ光ファイバ２４ａを所定長さ分だけ巻き付けているので、この部分の温度を精度よく計測することができる。この部分の温度計測値を基準として他の部分の温度の計測値を補正することにより、他の部分の温度の計測精度をより一層向上させることができる。

また、本実施形態では光ファイバによる温度分布計測系を２系統（第１の光ファイバ２４ａと第１の光ファイバ検出器７３ａ、及び第２の光ファイバ２４ｂと第２の光ファイバ検出器７３ｂ）有しているので、仮に一方の温度分布計測系が故障又はメンテナンスにより使用できなくても、マージンを広げる必要はあるが他方の温度分布計測系のみで温度分布を計測してシステムを運用することが可能である。これにより、システムの連続動作が可能である。

更に、本実施形態では、第１の光ファイバ２４ａによりラック１１に導入される前の冷却水の温度及びラック１１から排出された冷却水の温度がわかるので、ラック１１内で熱交換された熱量を把握することができる。また、制御部７１により冷却水供給ポンプ７８による冷却水供給量を制御することにより、計算機ルーム内の各部の温度をより詳細に調整することができる。

（風量測定）
計算機ルーム内の空調機を適切に稼動させるためには、各ラックから排出されるエアーの温度を計測するだけでなく、各ラックから排出されるエアーの量を知ることも重要である。ファンの回転数からエアーの排出量（又はラックに取り込まれるエアーの量）を推定することが考えられるが、通常１台のラックには複数のファンが配置されているので、この方法ではラックから排出されるエアーの量を精度よく求めることは困難である。

そこで、例えばラックの吸気口又は排気口に風速計を配置して風速を測定し、風速と吸気口又は排気口の面積とから単位時間当たりの風量を演算して求めることが考えられる。この場合、吸気口又は排気口を通流するエアーの流れをできるだけ乱さないようにする必要がある。

超小型風速センサとしてサーマル式風速センサ、超音波式風速センサ及びベーンホイール式風速センサなどが市販されており、これらの風速センサを使用することにより、吸気口又は排気口を通流するエアーの流れを殆ど乱すことなく風速を測定することができる。しかし、これらの風速センサはいずれもセンサが配置された場所（ポイント）の風速を測定するものであり、吸気口又は排気口を通流するエアーの平均風速を測定するものではない。以下、上述したように設置された場所（ポイント）の風速を検出する超小型の風速センサを、ポイント測定型風速センサと呼ぶ。

吸気口又は排気口を通流するエアーの風速を測定してラックから排出される風量を求める方法では、風量の測定精度は吸気口又は排気口を通流するエアーの平均風速の測定精度に依存する。従って、吸気口又は排気口に多数のポイント測定型風速センサを取り付け、それらのセンサで測定した風速の平均値を演算して平均風速の測定精度を向上させることが考えられる。しかし、その場合はセンサの数が多くなるほど平均風速の測定精度は向上するものの、センサの設置や保守管理に要するコストが高くなるという問題がある。

図３０は、本実施形態に係る風量測定装置及び風量測定方法を示す模式図である。本実施形態では、電子機器（計算機及びストレージ等）８３を収納したラック１１の吸気側及び排気側に光ファイバ８１ａ，８１ｂを敷設し、それらの光ファイバ８１ａ，８１ｂを光ファイバ検出器９１に接続する。光ファイバ検出器９１は、図２に示す温度分布測定装置と同様の構造を有し、光ファイバ８１ａ，８１ｂが敷設されたラック１１の吸気側及び排気側のエアーの平均温度をほぼリアルタイムに測定して、演算部９０に出力する。

一方、電力検出部９２は、ラック１１内の電子機器８３の総消費電力をほぼリアルタイムに検出し、演算部９０に出力する。演算部９０は、光ファイバ検出器９１で検出したラック１１の吸気側及び排気側のエアーの平均温度と、電力検出部９２で検出した消費電力とから、ラック１１から排出されるエアーの量（風量）を検出する。

ラック１１内の電子機器８３が稼働している場合、ラック１１の吸気口を通るエアー（以下、吸気側エアーという）の平均温度よりもラック１１の排気口を通るエアー（以下、排気側エアーという）の平均温度のほうが高くなる。吸気側エアーの平均温度と排気側エアーの平均温度との差は、ラック１１内の電子機器８３で発生する熱量とラック１１内を通るエアーの量とに関係する。

ラック１１内の電子機器８３で発生する熱量をＱ（kcal/min）とし、ラック１１から排出されるエアーの量（風量）をＵ（ｍ³/min）とし、吸気側エアーの平均温度と排気側エアーの平均温度との温度差をΔＴ（℃）とすると、それらの間には下記（２）式で示す関係がある。

Ｑ＝Ｕ×Ｃ×ΔＴ …（２）
ここで、Ｃは定数であり、空気の比熱０．２４（kcal/kg/℃）を標準空気（温度が２０℃、１気圧（７６０ｍｍＨｇ）の空気）の比容積０．８３（ｍ³/kg）で割り算（除算）した値、すなわち０．２９（kcal/ｍ³/℃）を用いることができる。

熱量Ｑは、ラック１１内に収納された電子機器８３の総消費電力Ｐ（ｋＷ）を測定し、下記（３）式により求めることができる。

Ｑ＝Ｐ×６０／４．１９ …（３）
従って、ラック１１から排出されるエアーの量Ｕは、下記（４）式により求めることができる。

Ｕ＝Ｐ×６０／（ΔＴ×４．１９×０．２９） …（４）
すなわち、吸気側エアーの平均温度と排気側エアーの平均温度との差ΔＴと、ラック１１内に収納された電子機器８３の総消費電力Ｐとがわかれば、ラック１１から排出されるエアーの量（風量）を計算により求めることができる。電子機器８３の総消費電力Ｐを検出する電力検出部９２としては、例えば市販の各種電力計を用いることができる。

前述したように、本実施形態では、ラック１１の吸気側及び排気側にそれぞれ光ファイバ８１ａ，８１ｂを敷設し、それらの光ファイバ８１ａ，８１ｂを光ファイバ検出器９１に接続してラック１１の吸気側及び排気側の温度分布を測定する。

光ファイバによる温度分布測定はローパス特性を有しており、図９に示すように温度が急峻に変化する場合、すなわち実温度分布に高周波成分が含まれている場合は、計測温度分布のピークが低くなり、幅が広がる。しかし、計測温度分布の積分値と実温度分布の積分値とは比例関係を有しており、予め計測温度分布の積分値と実温度分布の積分値との関係を調べておけば、計測温度分布の積分値から吸気側エアー及び排気側エアーの平均温度を算出することができる。

なお、吸気側エアー及び排気側エアーの平均温度を求めるために、例えばラックの吸気口及び排気口にそれぞれ複数のポイント測定型温度センサを取り付け、それらのポイント測定型温度センサにより測定される温度の平均を演算して平均温度とすることが考えられる。ここで、ポイント測定型温度センサとは、例えば熱電対のように設置された場所（ポイント）の温度を検出するセンサをいう。

ポイント測定型温度センサで平均温度を検出する場合、平均温度の精度を高くしようとするとセンサの数が多くなり、センサの設置や保守管理に要するコストが上昇する。これに対し光ファイバによる温度分布測定では、測定領域に配置された光ファイバ全体で温度を検出するため、光ファイバの長さ方向に沿って無限個の温度センサが設置されていると考えることができる。

すなわち、光ファイバ温度分布測定装置では、多数のポイント測定型温度センサを用いて測定したのと同等、又はそれ以上の精度で平均温度を測定することができる。その結果、ラックから排出されるエアーの量（風量）を良好な精度で測定することができ、その測定結果に基づいて計算機ルームの空調機の稼動状態を適切に制御することができる。また、ラックから排出されるエアーの量を吸気口又は排気口の面積で割り算（除算）することにより、吸気口又は排気口における風速を求めることができる。

以下、本実施形態に係る風量測定方法（実施例）について、比較例と比較しながら更に詳細に説明する。

実施例として、図３１に示すように、電子機器（図示せず）が収納されたラック１１の吸気側及び排気側に光ファイバ８１を敷設して温度分布を測定する。この図３１に示す例では、光ファイバ８１を、フリーアクセスフロア１５からラック１１内に導入し、ラック１１内の所定の計測ポイントを通ってフリーアクセスフロア１５に戻るように敷設している。計測ポイントは、ラック１１の高さ方向の温度分布だけでなく、幅方向の温度分布も測定できるように設定している。ここでは、相互に隣接する計測ポイントの間隔は０．２５ｍとする。図３１中の丸印は計測ポイントの位置を示しており、各計測ポイントには、光ファイバ８１の長さ方向に沿って番号を付している。

すなわち、ラック１１内に導入される直前のフリーアクセスフロア１５内の計測ポイントをNo.０、ラック１１内に導入された光ファイバ８１の最初の計測ポイントをNo.１、…、ラック１１から導出される直前の計測ポイントをNo.２１、ラック１１からフリーアクセスフロアに導入された直後の計測ポイントをNo.２２というように、各計測ポイントに番号を付している。ラック１１内の計測ポイントはNo.１からNo.２１までの２１箇所である。

なお、ラック１１に導入前及びラック１１から導出後の光ファイバ８１（フリーアクセスフロア１５内に配置された光ファイバ）にも０．２５ｍ毎に計測ポイントを設定している。また、フリーアクセスフロア１５内の温度は２０．５℃に維持されているものとする。

一方、比較例として、図３２に示すように電子機器（図示せず）が収納されたラック１１の吸気側及び排気側の計測ポイントに熱電対（ポイント測定型温度センサ）８５を設置し、吸気側及び排気側の温度分布を計測する。図３３に、熱電対８５により計測した各計測ポイントの温度の例を示す。

図３４は、横軸に光ファイバの長さ方向の位置をとり、縦軸に計測温度をとって、光ファイバ及び熱電対で計測した吸気側の計測温度分布をシミュレーションした結果を示す図である。また、図３５は、横軸に光ファイバの長さ方向の位置をとり、縦軸に計測温度をとって、光ファイバ及び熱電対で計測した排気側の計測温度分布をシミュレーションした結果を示す図である。これらの図３４，図３５において、光ファイバ８１の２．２５ｍの位置が計測ポイントNo.０に対応し、２．５ｍの位置が計測ポイントNo.１に対応し、７．５ｍの位置が計測ポイントNo.２１に対応している。また、図３４，図３５では、便宜上、熱電対８５による温度分布の計測ポイントの位置を、光ファイバ８１による温度分布の計測ポイントに対応させている。例えば図３２のNo.１の計測ポイントに配置された熱電対８５により計測された温度は、２．５ｍ、３．５ｍ及び７．５ｍの位置の温度に反映される。

図３４に示すように、計測ポイント間の温度差が小さい吸気側では、光ファイバで計測した温度分布と熱電対により計測した温度分布とはほぼ一致している。これに対し、計測ポイント間の温度差が大きくなる排気側では、光ファイバで測定した温度分布は、図３５に示すように計測ポイントNo.１（２．５ｍ）及びNo.２１（７．５ｍ）の外側まで大きく広がっている。ピーク温度に対し温度分布がどの程度広がるのかは光ファイバ温度計測装置（光ファイバ８１及び光ファイバ検出器９１）の特性に依存する。逆に、予め光ファイバ温度分布計測装置の特性を調べておけば、ピーク温度に対し温度分布がどの程度広がるのかを知ることができる。

ここでは、光ファイバにより計測した温度分布は、図３５に示すようにマイナス側に０．２５ｍの位置まで広がり、プラス側に９．７５ｍの位置まで広がるものとする。すなわち、温度分布の積分値を演算する場合に、０．２５ｍの位置から９．７５ｍの位置までを積分範囲とする。この間の計測ポイントの数は３９である。平均温度を求める場合は、これら３９の計測ポイントの計測値を積分し、ラック１１内の計測ポイントの数（すなわち２１）で割り算（除算）する。

また、前述したように、計測温度分布の積分値と実温度分布の積分値とは比例することがわかっているが、比例定数は光ファイバ及び光ファイバ検出器光ファイバ温度分布計測装置の特性に依存する。従って、平均温度を算出するためには、予め比例定数を実験的に求めておくことも必要である。ここでは、比例定数の値を１．０３とする。

熱電対８５により計測した温度から平均温度を求める場合は、単純にラック１１の吸気側（又は排気側）に配置された各熱電対８５による測定値を加算して計測ポイントの個数で割り算すればよい。例えば図３２のNo.１からNo.１１までの計測ポイントの温度をＴ₁，Ｔ₂，…，Ｔ₁₁とすると、平均温度Ｔ_aveは、Ｔ_ave＝（Ｔ₁＋Ｔ₂＋…＋Ｔ₁₁）／１１となる。また、ラック１１の中心線（図３２に一点鎖線で示す）上の３点の測定ポイント（No.２、No.６、No.１０）の測定値で平均温度Ｔ_aveを計算する場合は、Ｔ_ave＝（Ｔ₂＋Ｔ₆＋Ｔ₁₀）／３となる。

一方、光ファイバにより計測した温度分布から平均温度Ｔ_aveを求める場合は、０．２５ｍの位置から９．７５ｍの位置までの３９の計測ポイントの温度をＴ₁，Ｔ₂，…，Ｔ₃₉とし、フリーアクセスフロアの温度（基準温度）をＴｃとすると、下記（５）式に示すようになる。

Ｔ_ave＝（（Ｔ₁−Ｔｃ）＋（Ｔ₂−Ｔｃ）＋…＋（Ｔ₃₉−Ｔｃ））×（１／１．０３）×（１／２１）＋Ｔｃ …（５）
図３６に、光ファイバ温度分布計測装置によって求めた平均温度、No.２，No.６，No.１０の計測ポイントに配置された３個の熱電対８５により求めた平均温度、No.１からNo.１１までの計測ポイントに配置された１１個の熱電対により求めた平均温度を示す。

また、ラック１１内に収納された電子機器８３の総消費電力を３．８ｋＷとし、前述の（４）式を用いて求めた風量と、その風量を用いて計算したラック１１の吸気口及び排気口における風速とを図３６に示す。なお、風速は、ラック１１の吸気口及び排気口の面積を０．４０ｍ²として求めている。

この図３６からわかるように、温度分布のばらつきが比較的小さい吸気側では、光ファイバを用いて測定した平均温度と、３個の熱電対を用いて測定した平均温度と、１１個の熱電対を用いて測定した平均温度とはほぼ一致している。しかし、温度分布のばらつきが大きい排気側では、光ファイバを用いて測定した平均温度と１１個の熱電対を用いて測定した平均温度とはほぼ一致しているが、３個の熱電対を用いて測定した平均温度は他の方法により測定した平均温度との差が大きい。従って、それらの平均温度を用いて計算した風量及び風速についても、光ファイバを用いて測定した場合と１１個の光ファイバを用いて測定した場合とではほぼ一致し、３個の熱電対を用いて測定した場合の値は他の方法により測定した場合の値との差が大きい。

以上から、光ファイバを用いる方法は、多数のポイント測定型温度センサを用いる方法に比べて同等、又はそれ以上の精度で風量及び風速を測定することができることが確認された。

なお、上述した例ではラックから排出されるエアーの量（風量）及び吸気口又は排気口における風速を測定する場合について説明したが、開示した技術をラック以外から排出（又は吸気）されるエアーの量又は風速の測定に使用することができる。

また、上述した例では吸気側及び排気側に同じように光ファイバを敷設しているが、吸気側と排気側とで光ファイバの敷設を変えてもよい。例えば、吸気側では計測ポイントの位置による温度差が小さいため、光ファイバの敷設を簡略化しても風量の測定精度は殆ど劣化しないと考えられる。

（発熱量測定方法）
図３７は、実施形態に係る発熱量測定装置及び発熱量測定方法を示す模式図である。なお、図３７において図３０と同一物には同一符号を付している。

本実施形態では、電子機器（計算機及びストレージ等）８３を収納したラック１１の吸気側及び排気側に温度測定用光ファイバ１０１ａ，１０１ｂを敷設し、これらの光ファイバ１０１ａ，１０１ｂを光ファイバ検出器１１１に接続する。また、ラック１１の吸気側又は排気側の少なくとも一方（図３７では吸気側のみ）に風速（エアーの流速）測定用光ファイバ１０２を敷設し、この風速測定用光ファイバ１０２も光ファイバ検出器１１１に接続する。

光ファイバ検出器１１１は、基本的に図２に示す温度分布測定装置と同様の構造を有しており、温度測定用光ファイバ１０１ａ，１０１ｂにレーザパルスを供給する。そして、光ファイバ検出器１１１は、光ファイバ１０１ａ，１０１ｂ内で発生した後方散乱光を検出し、その検出結果に基づいてラック１１の吸気側及び排気側の平均温度を算出し、演算部１１２に出力する。

風速測定用光ファイバ１０２は、光ファイバとその近傍に配置された発熱体（電熱線）とにより形成される。例えば特許文献６，７には、光ファイバの近傍に発熱体を配置して流体の速度を検出する装置が記載されている。本実施形態では、風速測定用光ファイバ１０２として、光ファイバの所定の部分の周囲に電熱線を巻いたものを使用する。パイプ状に形成された発熱体と、その発熱体を挿通する光ファイバとにより風速測定用光ファイバ１０２を形成してもよい。

光ファイバ検出器１１１は、風速測定用光ファイバ１０２にもレーザパルスを供給し、光ファイバ内で発生した後方散乱光により発熱体近傍の温度を検出する。光ファイバ検出器１１１には予め実験等により得た風速と温度との関係が記憶されており、発熱体近傍の温度を風速に換算して演算部１１２に出力する。

演算部１１２は、光ファイバ検出器１１１から取得したラック１１の吸気側及び排気側の平均温度と、吸気側（又は排気側）におけるエアーの平均流速とから、ラック１１内に収納された電子装置８３等からの発熱量（総発熱量）を演算し、表示装置（図示せず）等に出力する。

ラック１１内の発熱量をＱ（kcal/min）とし、吸気側の平均風速をＦ_in（ｍ/min）、排気側の平均風速をＦ_out（ｍ/min）、吸気側の平均温度をＴ_in（℃）、排気側の平均温度をＴ_out（℃）、吸気側の開口部の総面積をＡ_in（ｍ²）、排気側の開口部の総面積をＡ_out（ｍ²）とすると、下記（６）式が成り立つ。

Ｑ＝Ｃ（Ｆ_out・Ａ_out）×（Ｔ_out−Ｔ_in）＝Ｃ（Ｆ_in・Ａ_in）×（Ｔ_out−Ｔ_in） …（６）
但し、Ｃは定数。

本実施形態では、ラック１１の吸気側及び排気側の平均温度と、ラック１１の吸気側又は排気側の平均風速とにより、ラック１１内で発生する熱量を精度よく、且つリアルタイムで測定することができる。

なお、風速測定用光ファイバ１０２に替えて、前述したポイント測定型風速センサを使用することが考えられる。しかし、その場合はセンサの数が少ないと測定精度が低くなり、センサの数が多いとセンサの設置や保守管理に要するコストが高くなるという問題がある。本実施形態のように光ファイバを用いて風速を測定することにより、ラック１１の吸気側又は排気側における平均風速を精度よく測定することができ、その結果発熱量の測定精度も高くなる。

上述した例では電子機器８３が収納されたラック１１内の発熱量を測定する場合について説明したが、開示した技術をラック以外の容器（吸気口及び排気口が設けられた容器）内で発生する熱量の測定に使用してもよい。

１０…機器設置エリア、１１，６１…ラック、１２，４１，６２…グリル（通風口）、１５…フリーアクセスフロア、１６…ケーブル、１７…ケーブルダクト、１９，７２…空調機、２１…レーザ光源、２２ａ，２２ｂ…レンズ、２３，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…ビームスプリッタ、２４，２４ａ，２４ｂ８１，８１ａ，８１ｂ…光ファイバ、２５…波長分離部、２６…光検出器、２６ａ，２２６ｂ，２６ｃ…受光部、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…光学フィルタ、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ…集光レンズ、５１ａ，５１ｂ，５２，５４，５６，７３，９１…光ファイバ検出器、５３，５５，５７…切替器、６３…排気ファン、７１…制御部、７４…温度センサ、７５…状態変数保存部、８５…熱電対、９０…演算部、９２…電力検出部、１０１ａ，１０１ｂ…温度測定用光ファイバ、１０２…風速測定用光ファイバ、１１１…光ファイバ検出器、１１２…演算部。

Claims (4)

1. 複数の計算機又はストレージを収納するラックを複数台設置した計算機ルームの温度計測方法において、
   前記複数台のラックの内側及び外側の少なくとも一方に設定された複数の第１の温度計測ポイントを通るように第１の光ファイバを敷設し、
   前記複数台のラックの内側及び外側の少なくとも一方に設定されて前記第１の温度計測ポイントよりもピーク温度が高い複数の第２の温度計測ポイントを通るように第２の光ファイバを敷設し、
   前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバにそれぞれレーザ光を導入し、後方散乱光を検出して前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバの長さ方向に沿った温度分布を計測することを特徴とする計算機ルームの温度計測方法。
2. 複数の計算機又はストレージを収納するラックを複数台設置した計算機ルームの温度制御システムにおいて、
   前記複数台のラックの内側及び外側の少なくとも一方に設定された複数の第１の温度計測ポイントを通るように敷設された第１の光ファイバと、
   前記複数台のラックの内側及び外側の少なくとも一方に設定されて前記第１の温度計測ポイントよりもピーク温度が高い複数の第２の温度計測ポイントを通るように敷設された第２の光ファイバと、
   前記複数の第１の温度計測ポイント及び前記複数の第２の温度計測ポイントの目標温度が設定される制御部と、
   前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバにより前記複数の第１の温度計測ポイント及び前記複数の第２の温度計測ポイントの温度を計測する光ファイバ検出器と、
   前記計算機ルーム内に設置された空調冷却設備とを有し、
   前記制御部が、前記光ファイバ検出器により計測した前記複数の第１の温度計測ポイント及び前記複数の第２の温度計測ポイントの温度が前記目標温度となるように前記空調冷却設備を制御することを特徴とする温度制御システム。
3. 複数の計算機を収納するラックを複数台設置した計算機ルームの温度制御システムにおいて、
   前記複数台のラックの内側及び外側の少なくとも一方に設定された複数の第１の温度計測ポイントを通るように敷設された第１の光ファイバと、
   前記複数台のラックの内側及び外側の少なくとも一方に設定されて前記第１の温度計測ポイントよりもピーク温度が高い複数の第２の温度計測ポイントを通るように敷設された第２の光ファイバと、
   前記複数の第１の温度計測ポイント及び前記複数の第２の温度計測ポイントの目標温度が設定される制御部と、
   前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバにより前記複数の第１の温度計測ポイント及び前記複数の第２の温度計測ポイントの温度を計測する光ファイバ検出器と、
   新規ジョブの計算量に応じて前記新規ジョブを処理する計算機を決定する負荷分散サーバと、
   計算量とＣＰＵ（Central Processing Unit）温度との関係を記憶したデータベースを備え、前記データベースを用いて前記新規ジョブの計算量に応じた信号を前記制御部に出力する状態変数保存部とを有し、
   前記制御部が、前記目標温度と、前記光ファイバ検出器による温度計測結果と、前記状態変数保存部から出力される前記信号とに応じて前記計算機ルームに設けられた空調冷却設備を制御することを特徴とする温度制御システム。
4. 前記制御部は、前記計算機が前記新規ジョブの処理を開始する前又は処理を開始すると同時に、前記信号に応じた前記空調冷却設備の制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の温度制御システム。

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