JP5424971B2 - データセンターの空調制御システム - Google Patents

Description

本発明は、複数のサーバを収納したラックが空調室の床面に配置され、床下空間から空調室に冷気を吹き出して前記サーバの温度を調節するアンダーフロア空調方式において、サーバの稼働状態に応じて前記サーバを収納したラックの前面に吹き出す冷気の吹出量を調節することにより冷気供給のための動力を低減し、且つホットスポットの発生を防止できるようにしたデータセンターの空調制御システムに関するものである。

近年のインターネットの普及び拡大に伴い、データセンターで使用されるサーバのデータ処理量が増加したことや、サーバの高機能化が進み、ブレード型サーバを高密度に実装することにより１台のサーバ収納ユニットの発熱量が１０ｋＷになるものもある。このようなサーバは、前部の吸込口から冷気を吸引して後部の排出口から排気することで内部に備えたＣＰＵ等の機器から発生する熱を外部に排出して冷却する自己温度調節機能を有しており、データセンターでは、上記したサーバをラックに対して上下に複数段に収容し、このラックを空調室の床面上に複数配置している。

そして、上記したようなデータセンターの空調には、空調室の床を二重構造にしてサーバ類の電源ケーブルやサーバ間データ通信ケーブルの取り回し空間でもある床下空間に空調機からの冷気を供給し、床下空間に供給した冷気を床に形成した吹出口から空調室内に吹き出して前記ラックに収容されたサーバの温度を制御するアンダーフロア空調方式が一般に使用されている。

上記アンダーフロア空調方式において、空調の効率を高めるために、前記サーバの前部が床に形成した吹出口に前部吸込口が並ぶように前面を一面に揃えて並べてラックとし、そのラックを吸込口がやはり一面に並ぶようラック列を形成し、かつ２つのラック列が床に形成した吹出口を挟んで対向するように列状に配置し、これによってラックの前部間にコールドアイルが形成され、又、これによりサーバの排出口が揃うようにラック列を成すことになり、隣り合うラック列が前記サーバの後部が間隔を有して対向することでホットアイルが形成されるようにしたものがある（特許文献１参照）。

しかし、上記特許文献１に示されるアンダーフロア空調方式においては、空調機によって床下空間に供給した冷気を床に設けた吹出口から空調室に吹き出すようにして、空調機の給気ファン１台で平面的に広範に分布する床吹出口に供給するために、電源ケーブルやデータ通信ケーブルなどで立体的に凹凸のある床下空間での冷気の流れに偏りが生じ易く、そのために特許文献１では吹出口にダンパを備えるようにしているが、このようなダンパを備えても空調室に吹き出される冷気を均一にすることは難しく、そのためにラックの設置場所によっては冷気が十分に供給されないためにホットスポットという空調室内に局所的に滞留した高温空気塊が生じる問題があり、更に、床上に吹き出す気流に偏りが生じるために、空調室に設置するラックの配置に制約を受けるといった問題がある。

一方、前記アンダーフロア空調方式において、前記床下空間における吹出口直下の噴出口の位置にフロアファンを配設し、床下空間に供給された冷気をフロアファンによって吹出口から空調室内に強制的に吹き出すようにしたものがある（特許文献２参照）。

特許文献２では、床下空間の冷気の静圧または風速を検出し、床下空間の所定の位置における冷気の静圧または風速が閾値以下のときにその位置のフロアファンを作動して、冷気を室内に吹き出すようにしており、これによって、室内の全ての場所に吹き出される冷気の量を同一とし、又、これによって室内の全ての場所の温度を均一に冷却するようにしている。

特開２００８−００２６９０号広報 特開２００８−１８５２７１号広報

しかしながら、特許文献１、２に示される空調システムにおいては、ラックに備えたサーバの稼働率（＝発熱量）に基づいて冷気の供給を制御していないために、常に安全サイドとなるように多目の冷気を吹き出してサーバを目標温度以下に冷却するようにしており、従って、冷気の搬送動力が必要以上に増加するという問題がある。また、サーバの運転停止時にも待機運転状態（アイドル状態）として定格風量の５０％以上の冷気を供給するよう運転しているために、空調機およびフロアファンの動力が更に増加するという問題がある。

また、サーバから排出される排気の温度を検出し、この排気温度に基づいてフロアファンにより吹き出す冷気の吹き出し量を調節することも考えられるが、この方式はフィードバック制御であるため、サーバの急激な負荷増大によって生じる急激な温度上昇に対応できないという問題がある。

また、特許文献１に示す空調システムは、ラックの各サーバは、ラック筐体で仕切られたコールドアイルの冷気を吸引して冷却を行い、冷却によって加熱された排気はホットアイルに排気するようにしており、ホットアイルの熱くなった排気はラック筐体上面レベルを超えた空調室の天井部に上昇して空調機に導かれるようになるが、この時、空調室の天井部に熱い排気が淀んだ状態となるために、例えばラックにおける最上段のサーバにおいては、前記コールドアイルの冷気を吸引するのと同時に、前記ホットアイルからラック筐体上面経由で回り込んだ熱い排気を吸引し、これによって、最上段のサーバの温度が目標温度以上に上昇してしまうという問題を有していた。

この問題を解決するために、ラックのコールドアイルの上部に天井面板を設けて、コールドアイルとホットアイルを区画することも考えられるが、この場合には天井面板で区画するため作業が大変であると共に、天井面板を設けた場合には防火設備を備える必要があるという問題がある。

上記したように、近年のサーバの発熱量の増大により、床面から冷気を吹き出すのみでは十分な対応が困難となっており、空調室内の一部の領域において熱の局部集中つまりホットスポットの発生や熱負荷偏在が生じるといった問題が発生している。

また、データセンターの需要は今後益々高まると考えられ、データ処理量の増加はそのまま消費電力の増加となるため、データ処理に伴う消費電力以外の、例えばサーバ発熱の冷却設備側の消費エネルギーを削減することは、データセンターの運営だけに留まらず、社会的にも重要な課題となっている。

本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもので、ラックの発熱量に応じてラックの前部に吹き出す冷気の供給量を調節することにより冷気供給のための動力を低減することができ、且つホットスポットの発生を防止できるようにしたデータセンターの空調制御システムを提供しようとするものである。

請求項１に係る発明は、空調室の床下に形成した床下空間に空調機からの冷気を供給し、床下空間に設けたフロアファンにより床に形成した吹出口から冷気を前記空調室内に吹き出して供給する冷気吹出構造と、前部の吸込口から空気を吸い込み後部の排出口から排出して内部の温度を調節する自己温度調節機能を有するサーバを上下に複数段に収容して備え、前部が前記吹出口から吹き出される冷気に向かうように床上に配置されたラックと、該ラックに備えられる各サーバの運転を制御する管理サーバと、前記フロアファンを制御するファン制御装置と、を有するデータセンターの空調制御システムであって、
前記ファン制御装置は、
サーバ稼働率とサーバ発熱率との関係を表わす直線を予め求めて入力してあると共に、ラックの各サーバが最大稼働率のときにラックから発生する最大発熱量を除去して目標温度まで冷却するのに必要なフロアファンの最大風量をラック毎に予め求めて入力してあり、前記管理サーバより取り込んだ各サーバの稼働率から前記直線により各サーバ毎の発熱率を求め、各ラック単位又はラック群単位で前記サーバ毎の発熱率を平均演算して得られるラックの平均発熱率を前記ラックの最大風量に乗算して得た必要風量信号に基づいて各ラックに対応するフロアファンの回転数を制御するサーバ稼働情報変換部と、
前記ラックに備えられる最上段のサーバの吸込口に対応する位置に設けた上部温度計の吸込検出温度が設定温度以上のときに前記必要風量信号を補正する温度補正演算部と
を備えたことを特徴とするデータセンターの空調制御システムである。

請求項２に係る発明は、空調室の床下に形成した床下空間に空調機からの冷気を供給し、床下空間に設けたフロアファンにより床に形成した吹出口から冷気を前記空調室内に吹き出して供給する冷気吹出構造と、前部の吸込口から空気を吸い込み後部の排出口から排出して内部の温度を調節する自己温度調節機能を有するサーバを上下に複数段に収容して備え、前部が前記吹出口から吹き出される冷気に向かうように床上に配置されたラックと、該ラックに備えられる各サーバの運転を制御する管理サーバと、前記フロアファンを制御するファン制御装置と、を有するデータセンターの空調制御システムであって、
前記ファン制御装置は、
サーバ稼働率とサーバ発熱率との関係を表わす２次曲線を予め求めて入力してあると共に、ラックの各サーバが最大稼働率のときにラックから発生する最大発熱量を除去して目標温度まで冷却するのに必要なフロアファンの最大風量をラック毎に予め求めて入力してあり、前記管理サーバより取り込んだ各サーバの稼働率から前記２次曲線により各サーバ毎の発熱率を求め、各ラック単位又はラック群単位で前記サーバ毎の発熱率を平均演算して得られるラックの平均発熱率を前記ラックの最大風量に乗算して得た必要風量信号に基づいて各ラックに対応するフロアファンの回転数を制御するサーバ稼働情報変換部と、
前記ラックに備えられる最上段のサーバの吸込口に対応する位置に設けた上部温度計の吸込検出温度が設定温度以上のときに前記必要風量信号を補正する温度補正演算部と
を備えたことを特徴とするデータセンターの空調制御システムである。

請求項３に係る発明は、前記ラックの平均発熱率が最大のときのフロアファンの最大風量は、前記ラックに備えるサーバ発熱量の合計量を所定の空気温度差で冷却処理する風量より多いフロアファンの風量余裕幅を有して設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のデータセンターの空調制御システムである。

請求項４に係る発明は、前記温度補正演算部は、前記フロアファンの風量余裕幅の範囲で必要風量信号を補正することを特徴とする請求項３に記載のデータセンターの空調制御システムである。

請求項５に係る発明は、前記ファン制御装置には、温度補正演算部からの必要風量信号をフロアファンの回転数信号に変換してフロアファンに出力する回転数変換部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデータセンターの空調制御システムである。

請求項６に係る発明は、前記ファン制御装置には、前記ラックに備えられる最下段のサーバの排出口に対応する位置に設けた下部温度計の出口検出温度が設定温度以上になったきに異常と判断して警報を発する出口温度異常判断部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデータセンターの空調制御システムである。

請求項７に係る発明は、前記異常が判断された時に、前記温度補正演算部は前記必要風量信号に基づくフロアファンの回転数を維持することを特徴とする請求項６に記載のデータセンターの空調制御システムである。

請求項８に係る発明は、前記サーバ稼働率とサーバ発熱率との関係を表わす直線又は２次曲線以外の多項式による近似曲線を予め求めてサーバ稼働情報変換部に入力し、各サーバ毎のサーバ発熱率を各サーバの稼働率から演算して求めるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のデータセンターの空調制御システムである。

本発明のデータセンターの空調制御システムによれば、床下空間から空調室に冷気を吹き出して前記サーバの温度を調節するアンダーフロア空調方式において、各サーバの運転指示を指令したり運転状態を把握する管理サーバより取り込んだ各サーバの平均稼働率に応じてラックの前面に吹き出す冷気の吹出量を調節するようにしたので、ラックの発熱量とそれを冷却するのに必要な冷気の供給量がバランスし、よって冷気供給のための動力を低減することができ、且つホットスポットの発生を防止できるという優れた効果を奏し得る。

又、上記データセンターの空調制御システムにおいて、前記ラックの最大稼働率のときのフロアファンの最大風量は、対応する風量よりも多い風量余裕幅を有して設定されており、ラックに備えられる最上段のサーバの吸込口に対応する位置に設けた上部温度計の吸込検出温度が設定温度以上のときに必要風量信号を前記風量余裕幅内で増加することにより、最上段のサーバに空調室内の熱くなった空気が吸引されることにより最上段のサーバの温度が所定温度以上に上昇するという問題を防止できる効果を有する。

本発明のデータセンターの空調制御システムの一実施例を示す切断側面図である。 サーバの構成例を示す切断側面図である。 サーバ稼働率とサーバ発熱量との関係を予め求めた直線を表わす線図である。 ラックの各サーバが最大稼働率である状態の説明図である。 図１の空調制御システムの制御回路の一例を示すブロック図である。 ラックの一部のサーバが部分稼働率である状態の説明図である。 図１に類似した本発明の空調制御システムの他の実施例を示す切断側面図である。 図５に類似した空調制御システムの制御回路の他の例を示すブロック図である。 サーバ稼働率とサーバ発熱量との関係を予め求めた２次曲線を表わす線図である。 仮想化技術によりサーバの処理を移行させることでいくつかのサーバを停止状態とした説明図である。

以下、本発明の一実施を図示例と共に説明する。

図１は発明の空調制御システムの一実施例を示す切断側面図であり、空調室１の床下に形成した床下空間２には空調機３からの冷気ＣＡが供給されており、床下空間２の所要の場所には並設したフロアファン４，４'が設けてあり、該フロアファン４，４'の作動により床下空間２の冷気ＣＡを、床１ａに設けた吹出口５から前記空調室１内に吹き出して供給するようにした冷気吹出構造を備えている。

前記空調室１の床１ａ上には、サーバ６を多段（図１では６段）に収容したラック７が配置されている。前記サーバ６はその一例を図２に示すように、ハードディスク（ＨＤＤ：ハードディスクドライブ）１１、ファン１３、ＣＰＵチップ及び周辺回路からなるＣＰＵ９、メモリＩＣとその周辺回路からなるメモリ１０、電源１２が配置されており、ケース８のハードディスク１１側の端部には例えば網状を有して冷気ＣＡを吸引する吸込口１４が設けられ、又、ケース８の電源１２側の端部には例えば網状を有して温度が上昇した排気ＨＡを排出する排出口１５が設けられている。そして、ケース８内に設けられる機器で最も発熱量が大きいＣＰＵ９の温度を検出する温度計１６が設けてあり、該温度計１６の検出温度が所定の温度以下に保持されるように前記ファン１３の回転を段階的に制御する調節器１７を備えて自己温度調節機能を構成している。

前記サーバ６を多段に備えたラック７は、サーバ６を図１の吹出口５に向け前部吸込口１４が同じ面に並ぶように複数のサーバ６（図1では６台）を多段に内蔵し、ラック７を図１の紙面表裏方向に並べてラック列７ａとし、各隣合うラック列７ａは吹出口５を挟んで対向するように配置されており、これによってラック７の前部間にはコールドアイル１８が形成され、又、排出口１５が同じ面に並ぶ前記ラック列７ａの後部が間隔を有して対向する部分にはホットアイル１９が形成されている。又、図１では、並設された右側のフロアファン４からの冷気ＣＡを右側のラック７に導くように冷気の向きを調節する羽根２０が吹出口５に設けてあり、又、左側のフロアファン４'からの冷気ＣＡを左側のラック７に導くように冷気の向きを調節する羽根２０'が吹出口５に設けられている。吹出口５は、紙面表裏方向にラック７ごとに１個設けても、隣合う例えば２つのラック群毎に１個を設けてもよい。

図１中、２１は管理サーバであり、該管理サーバ２１は、前記ラック７に備えられる各サーバ６の運転を指令するようになっている。この管理サーバ２１は、ラック列７ａのどこかに含めて並べても良いし、別置されていても良いが、各サーバ６とはデータ通信線で接続され各サーバ６の運転管理を司るものである。

消費エネルギーの少ない空調システムを達成するためには、各サーバ６の稼動情報（発熱量）を正確に把握し、この各サーバ６の稼動情報に基づいた冷却を行う必要がある。このため本発明では、各サーバ６の運転を監視する管理サーバ２１から各サーバ６の運転情報を得て、ラック７ごとに必要な冷却風量を求めるようにした。

図１に示すように、前記管理サーバ２１からのラック番号、サーバ番号、運転状態、データ処理負荷を入力するようにしたフロアファン制御装置の一部を成すサーバ稼働情報変換部２２を設けている。

一方、前記ラック７に備えられるサーバ６のサーバ稼働率とサーバ発熱量との関係を表わす図３に示す直線Ａを予め求めておき、この直線Ａが前記サーバ稼働情報変換部２２に入力されている。尚、一般的なサーバで使用されているオペレーティングシステムでは、サーバのＣＰＵ使用率、メモリ、ネットワーク等の使用率を常時管理している。この管理は各サーバ６自身の回路でローカル側でも行い、且つ統括管理は管理サーバ２１が行う。従って、各サーバのサーバ稼働率を得る方法の一例としては、各サーバのＣＰＵ使用率等から求める方法が考えられる。

この直線Ａは、図３に示すように、データ処理負荷であるサーバ稼働率が１００％のときはサーバ消費電力であるサーバ発熱量が１００％であるとして、１次の最小二乗法により求めたものであり、電源ＯＦＦのときのアイドル状態のサーバ発熱量は６１％であり、Ｙ＝０．３９ｘ＋６１である場合を示している。

又、サーバ稼働情報変換部２２には、図４に示すように、ラック７の各サーバ６が最大稼働率である１００％のときに、ラック７から発生する最大発熱量Ｗを除去して目標温度まで冷却するのに必要なフロアファン４の最大風量Ｑ_maxをラック７毎に予め求めて入力してある。図４では１８℃の冷気ＣＡがフロアファン４から供給されたときに、排気の温度が２８℃になる場合を示している。

即ち、ラック７の最大発熱量をＷとすると、
Ｑ_max＝Ｗ／γ・Ｃｐ・Δｔ÷０．９ ・・・式（１）
｛ここで、Ｗ：発熱量（ｋＷ）、γ：空気の比重量（ｋｇ／ｍ^３）、Ｃｐ：空気の比熱（ｋＪ／ｋｇ・℃）、Δｔ：空気の出入口温度差（ＨＡ−ＣＡ（℃））。｝
であり、ここで０．９で割っていることによりＱ_maxはフロアファンの風量余裕幅（約１０％）を有して設定されたことになる。勿論、この風量余裕幅を加算した風量に対し、所定のΔｔが実現できるだけの冷却能力を空調機３に持たせておく。今、Δｔ＝１０℃、γ＝１．２ｋｇ／ｍ^３、Ｃｐ＝１．０ｋＪ／ｋｇ・℃とすると、最大発熱量Ｗ＝６ｋＷのときは
Ｑ_max＝６／（１．２）（１．０）（１０）÷０．９＝０．５６ｍ³／ｓｅｃ（２０１６ｍ³／ｈ）であり、フロアファン４，４'の最大風量Ｑ_maxは約２０００ｍ³／ｈとなる。

更に、サーバ稼働情報変換部２２では、図５及び下記にその求め方を示すように、前記管理サーバ２１から取り込んだ各サーバ６の稼働率から各サーバ毎の発熱率を求め、それに基づいてラック７毎の平均発熱率を求めており、この過程で求められたラックの平均発熱率を前記ラック７の最大風量Ｑ_max（２０００ｍ³／ｈ）に乗算することにより必要風量信号Ｑ₀を得、この必要風量信号Ｑ₀に基づき、フロアファン制御演算部２４を介して各ラック７に対応するフロアファン４，４'のフロアファン駆動コントローラ４ａを調節して回転数を制御するようにしている。前記サーバ６毎の稼働率とサーバ６の発熱率との関係は、例えば図３に示す関係であるので、サーバ稼働率を先ずサーバ発熱率に例えば直線Ａから置き換え、それらのサーバ発熱率を平均演算して得られたラックの平均発熱率に基づいた必要風量信号Ｑ₀が得られることになる。

即ち、図６に示すラック７では３つのサーバ６の稼働率が１００％であり、残りの３つのサーバ６の稼働率が５０％の場合を示しており、例えば図３に示す直線Ａにより、３つの稼働率１００％のサーバ６の発熱率は各々１００％であり、稼働率が５０％の３つのサーバの発熱率は、例えば
直線Ａ：ｙ（サーバ発熱率％）＝０．３９Ｘ（サーバ稼働率％）＋６１ ・・・式（２）
にＸ＝５０％を代入し適用すると、ｙ＝約８０％（８０．５％）と求まって、この場合の平均発熱率Ｙａは、以下の式（３）に代入し、
Ｙａ（％）＝
（ラック毎の各サーバ発熱率（％）のΣ総合計）／ラックのサーバ台数・・・式（３）
即ち、｛（１００）＋（１００）＋（１００）＋（８０）＋（８０）＋（８０）｝／６＝９０（％）であるため、この平均発熱率を前記最大風量２０００ｍ³／ｈに掛け算することにより、当該ラック７の必要風量信号Ｑ₀として１８００ｍ³／ｈが得られる。

図５に示すように、上記必要風量信号Ｑ₀は、フロアファン制御装置の一部を成すフロアファン制御演算部２４に設けた回転数変換部２５において
Ｒ＝ｋＱ₀・・・式（４）
（ここで、Ｒ：フロアファンモータ回転数（ｒｐｍ）、ｋ：係数、）
から回転数信号Ｒに変換され、この回転数信号Ｒによってフロアファン４，４'の回転数が制御されるようになっている。ここで、係数ｋは、Ｑ₀が最大風量Ｑ_maxのときに定格ＣＡ風量を吹出せるフロアファン回転数を算出する係数である。

又、前記ラック７に備えられる最上段のサーバ６の吸込口１４（図４参照）に対応する位置には吸込温度を計測する上部温度計２６が設けてあり、この上部温度計２６の吸込検出温度Ｔ₁が前記フロアファン制御演算部２４のＰＩＤ演算部２７を介して温度補正演算部２８に入力されている。前記ＰＩＤ演算部２７では予め設定された設定吸込温度（例えば、２３℃を１００％、２２℃を９０％、１３℃を０％とする比例帯を取る。）に対して０〜１００％の操作量ＭＶを出力するようになっており、又、温度補正演算部２８は、操作量ＭＶが９０％未満のときは操作量９０％を規定値として出力し、操作量ＭＶが９０％以上の時はそれに応じた操作量を出力するようになっており、従って、予め最大発熱量の風量選定時に０．９で除算して風量に余裕幅を与えているので、通常時は操作量ＭＶが９０％未満で充分まかなえるので温度補正を行わず、ホットアイルから回り込んだ熱気による異常などで上部温度計２６の吸込温度が上昇した際（例えば上記の比例帯の場合２２℃以上）に、９０〜１００％の範囲で操作量ＭＶを出力し、その操作量ＭＶが補正風量演算部２９で前記必要風量信号Ｑ₀に掛け算されることにより補正風量Ｑが求められて回転数変換部２５に出力されるようになっている。

即ち、ラック７に備えられる最上段のサーバ６では、前記ホットアイル１９から回り込んだ熱い排気が吸込口１４から吸引されることにより上段のサーバ６の温度が目標温度以上に上昇する可能性があるため、前記温度補正演算部２８では、上部温度計２６の吸込検出温度Ｔ₁が設定吸込温度（例えば上記の比例帯の場合２２℃）以上になったときに、前記サーバ稼働情報変換部２２に設定されたフロアファン４，４'の最大風量Ｑ_maxの余裕幅（約１０％）の範囲内で風量を増加する補正を行なうようになっている。

又、前記ラック７に備えられる最下段のサーバ６の排出口１５（図２及び図４参照）に対応する位置には排出温度を計測する下部温度計３０が設けてあり、この下部温度計３０の出口検出温度Ｔ₂が前記温度補正演算部２８の下流に備えた出口温度異常判断部３１に入力されており、出口検出温度Ｔ₂が設定出口温度（例えば３０℃）より上昇したときに、警報表示部３２に警報を出力するようになっている。又、出口温度異常判断部３１が異常と判断した場合には、９０％固定の操作量ＭＶを補正風量演算部２９に出力するようになっている。

前記した警報機能は以下の理由によって設けられる。図１のデータセンターの空調制御システムでは、通常運転時における全てのサーバ６は自己温度調節機能によって温度が管理されており、しかも、ラック７の平均発熱量に基づいた必要風量信号Ｑ₀になるように各ラック７に対応するフロアファン４，４'の回転数が制御されるため、各サーバ６の温度は常に所定値に安定して保持される。しかし、空調室１の配置構成に変更があったり、或いは機器の損傷などによって、サーバ６の温度が上昇する事態が生じた場合には、フロアファン４，４'による風量を連続して増加させる指令が発せられる可能性がある。このような事態が発生した場合には、吹出口５から吹き出される冷気ＣＡの風速が増加するために吹き抜け現象が生じて下段のサーバ６は冷気ＣＡを吸込み難くなり、このために下段のサーバ６の温度が上昇し排気温度が上昇するため、この下段のサーバ６の排気温度の上昇を下部温度計３０で監視することによって、データセンターの空調の異常を早期に確実に検出することができる。

次に、上記実施例の作動を説明する。

図１、図５に示す管理サーバ２１は、ラック７に備えられる各サーバ６の運転を指令しており、このとき、全てのサーバ６は独自に備えた自己温度調節機能によって自身の温度が調整されている。

又、管理サーバ２１からのラック番号、サーバ番号、運転状態、データ処理負荷が、フロアファン制御装置の一部を成すサーバ稼働情報変換部２２に入力されており、又、サーバ稼働情報変換部２２には、サーバ稼働率とサーバ発熱量との関係を表わす図３に示す直線Ａが予め求められて入力されており、更に、ラック７の各サーバ６が最大稼働率のときにラック７から発生する最大発熱量を除去して目標温度まで冷却するのに必要なフロアファン４，４'の最大風量がラック毎に予め求められて入力されている。

従って、管理サーバ２１から得た各サーバの稼働率から、例えば図３の直線Ａに基づいて得られる各サーバの発熱率を基にラック毎の平均演算を行って得られるラックの平均発熱率を求め、そのラックの平均発熱率を前記ラック７の最大風量Ｑ_max（２０００ｍ³／ｈ）に乗算することにより必要風量信号Ｑ₀を得、この必要風量信号Ｑ₀に基づいて各ラック７に対応するフロアファン４，４'の回転数を制御するようにしている。これによって、ラック７の発熱量に応じた量の冷気ＣＡがフロアファン４，４'によって供給されるようになるので、消費エネルギーの少ない空調システムとすることができる。

一方、ラック７に備えられる最上段のサーバ６では、前記ホットアイル１９から回り込んだ熱い排気を吸込口１４から吸引することによって上段のサーバ６の温度が目標温度以上に上昇する可能性がある。このため、前記ラック７に備えられる最上段のサーバ６の吸込口１４（図４参照）に対応する位置には吸込温度を計測する上部温度計２６が設けてあり、この上部温度計２６の吸込検出温度Ｔ₁が前記フロアファン制御演算部２４のＰＩＤ演算部２７を介して温度補正演算部２８に入力されている。この温度補正演算部２８では、上部温度計２６の吸込検出温度Ｔ₁が設定吸込温度（例えば、２３℃を１００％、２２℃を９０％、１３℃を０％とする比例帯を取った場合の、２２℃。）以上になったときに、前記サーバ稼働情報変換部２２に設定したフロアファン４，４'の最大風量Ｑ_maxの余裕幅（約１０％）の範囲内で風量を増加する補正を行うようになっている。従って、ホットアイル１９からの熱い排気が回り込んで吸込口１４からサーバ６に吸引された場合にも、フロアファン４，４'の最大風量Ｑ_maxの余裕幅の範囲内で風量が増加されることで、上段のサーバ６の温度は目標温度に保持されるようになる。

又、空調室１の配置構成に変更があったり、或いは機器の損傷などによって、サーバ６の温度が上昇する事態が生じた場合には、フロアファン４，４'の風量が連続して増加される可能性がある。このような事態が発生した場合には、吹出口５から吹き出される冷気ＣＡの風速が増加されるために吹き抜け現象が生じて下段のサーバ６は冷気ＣＡを吸込み難くなり、このために下段のサーバ６の温度が上昇し排気温度が上昇する。このため、最下段のサーバ６の排出口１５（図４参照）に対応する位置に設けた下部温度計３０の出口検出温度Ｔ₂が設定出口温度（例えば３０℃）よりも上昇し、これによって出口温度異常判断部３１は警報表示部３２に警報を発するので、データセンターの空調の異常を早期に確実に知らせることができる。

図７、図８は本発明の他の実施例を示すもので、この実施例では、前記ラック７に備えられるサーバ６のサーバ稼働率とサーバ発熱量との関係を表わす２次曲線Ｂを予め求めてサーバ稼働情報変換部２２に入力しており、その他については前記実施例と同様である。

この２次曲線Ｂは、図９に示すように、データ処理負荷であるサーバ稼働率が１００％のときはサーバ消費電力であるサーバ発熱量が１００％であるとして、２次の最小二乗法により求めたものであり、サーバ稼働率ゼロ（待機状態で計算負荷ゼロ状態）のときのアイドル状態のサーバ発熱量は５７％であり、
Ｙ（サーバ発熱率％）＝−０．００２ｘ²＋５７・・・式（５）
（ここでｘ：サーバ稼働率（％））
である場合を示している。

図７、図８の実施例では、前記管理サーバ２１より得られたラック７のサーバ毎の稼働率から図９の２次曲線Ｂに基づいて、ラック７に設置される各サーバ６毎の発熱率を求め、これをラック毎に平均演算してラックの平均発熱率を求めるため、このラックの平均発熱率を乗算して求められる必要風量信号Ｑ₀は、より実際に則した正確な値が得られる。よって、図７、図８の実施例によれば、更に精度の高い空調制御が可能になる。

尚、上記実施例では、ラック７に備えられるサーバ６のサーバ稼働率とサーバ発熱量との関係を表わす直線Ａ又は２次曲線Ｂを予め求めてサーバ稼働情報変換部２２に入力する場合について例示したが、サーバ６のサーバ稼働率とサーバ発熱量との関係が直線Ａ及び２次曲線Ｂのいずれにも乗らない場合には、多項式による近似曲線を予め求めてサーバ稼働情報変換部に入力することにより、上記実施例と同様に制御することができる。

図１０はサーバの仮想化技術による本発明の形態を示したもので、仮想化技術によると、現行（ａ）の状態から、データ処理量が継続的に少ないサーバ６の処理を他のサーバ６に移行することによっていくつかのサーバ６を運転停止（０％）とする仮想化（ｂ）の状態にすることができる。このように運転停止のサーバ６が生じると、図３、図９に示すアイドル状態でのサーバ発熱量が無くなり、これを図３、図９の電源ＯＦＦ時のサーバ発熱率：０％として、式（２）に当該サーバの値として代入することで、この分だけフロアファン４，４'によって供給する冷気ＣＡの供給量を減少できるので、冷気搬送のエネルギを節減できるようになる。

尚、本発明のデータセンターの空調制御システムは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、図５や図８で示すサーバ稼働情報変換部２２、フロアファン制御演算部２４、フロアファン駆動コントローラ４ａ等からフロアファン制御装置が構成されているとしたが、このフロアファン制御装置を管理サーバに含めても良いし、別な盤に設けても良い。この盤には、サーバ稼働情報変換部２２、フロアファン制御演算部２４、フロアファン駆動コントローラ４ａが一体になっていても良いし、例えばサーバ稼働情報変換部２２のみ含み、フロアファン制御演算部２４及びフロアファン駆動コントローラ４ａをローカル側に別体に設置しても良いのは勿論である。

１ 空調室
１ａ 床
２ 床下空間
３ 空調機
４，４' フロアファン
５ 吹出口
６ サーバ
７ ラック
１４ 吸込口
１５ 排出口
２１ 管理サーバ
２２ サーバ稼働情報変換部
２５ 回転数変換部
２６ 上部温度計
２８ 温度補正演算部
３０ 下部温度計
３１ 出口温度異常判断部
３２ 警報表示部
Ａ 直線
Ｂ ２次曲線
ＣＡ 冷気
Ｑ_MAX 最大風量
Ｑ₀ 必要風量信号
Ｔ1 吸込検出温度
Ｔ2 出口検出温度

Claims (8)

1. 空調室の床下に形成した床下空間に空調機からの冷気を供給し、床下空間に設けたフロアファンにより床に形成した吹出口から冷気を前記空調室内に吹き出して供給する冷気吹出構造と、前部の吸込口から空気を吸い込み後部の排出口から排出して内部の温度を調節する自己温度調節機能を有するサーバを上下に複数段に収容して備え、前部が前記吹出口から吹き出される冷気に向かうように床上に配置されたラックと、該ラックに備えられる各サーバの運転を制御する管理サーバと、前記フロアファンを制御するファン制御装置と、を有するデータセンターの空調制御システムであって、
   前記ファン制御装置は、サーバ稼働率とサーバ発熱率との関係を表わす直線を予め求めて入力してあると共に、ラックの各サーバが最大稼働率のときにラックから発生する最大発熱量を除去して目標温度まで冷却するのに必要なフロアファンの最大風量をラック毎に予め求めて入力してあり、前記管理サーバより取り込んだ各サーバの稼働率から前記直線により各サーバ毎の発熱率を求め、各ラック単位又はラック群単位で前記サーバ毎の発熱率を平均演算して得られるラックの平均発熱率を前記ラックの最大風量に乗算して得た必要風量信号に基づいて各ラックに対応するフロアファンの回転数を制御するサーバ稼働情報変換部と、
   前記ラックに備えられる最上段のサーバの吸込口に対応する位置に設けた上部温度計の吸込検出温度が設定吸込温度以上のときに前記必要風量信号を補正する温度補正演算部と
   を備えたことを特徴とするデータセンターの空調制御システム。
2. 空調室の床下に形成した床下空間に空調機からの冷気を供給し、床下空間に設けたフロアファンにより床に形成した吹出口から冷気を前記空調室内に吹き出して供給する冷気吹出構造と、前部の吸込口から空気を吸い込み後部の排出口から排出して内部の温度を調節する自己温度調節機能を有するサーバを上下に複数段に収容して備え、前部が前記吹出口から吹き出される冷気に向かうように床上に配置されたラックと、該ラックに備えられる各サーバの運転を制御する管理サーバと、前記フロアファンを制御するファン制御装置と、を有するデータセンターの空調制御システムであって、
   前記ファン制御装置は、サーバ稼働率とサーバ発熱率との関係を表わす２次曲線を予め求めて入力してあると共に、ラックの各サーバが最大稼働率のときにラックから発生する最大発熱量を除去して目標温度まで冷却するのに必要なフロアファンの最大風量をラック毎に予め求めて入力してあり、前記管理サーバより取り込んだ各サーバの稼働率から前記２次曲線により各サーバ毎の発熱率を求め、各ラック単位又はラック群単位で前記サーバ毎の発熱率を平均演算して得られるラックの平均発熱率を前記ラックの最大風量に乗算して得た必要風量信号に基づいて各ラックに対応するフロアファンの回転数を制御するサーバ稼働情報変換部と、
   前記ラックに備えられる最上段のサーバの吸込口に対応する位置に設けた上部温度計の吸込検出温度が設定吸込温度以上のときに前記必要風量信号を補正する温度補正演算部と
   を備えたことを特徴とするデータセンターの空調制御システム。
3. 前記ラックの平均発熱率が最大のときのフロアファンの最大風量は、前記ラックに備えるサーバ発熱量の合計量を所定の空気温度差で冷却処理する風量より多いフロアファンの風量余裕幅を有して設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のデータセンターの空調制御システム。
4. 前記温度補正演算部は、前記フロアファンの風量余裕幅の範囲で必要風量信号を補正することを特徴とする請求項３に記載のデータセンターの空調制御システム。
5. 前記ファン制御装置には、温度補正演算部からの必要風量信号をフロアファンの回転数信号に変換してフロアファンに出力する回転数変換部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のデータセンターの空調制御システム。
6. 前記ファン制御装置には、前記ラックに備えられる最下段のサーバの排出口に対応する位置に設けた下部温度計の出口検出温度が設定出口温度以上になったきに異常と判断して警報を発する出口温度異常判断部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のデータセンターの空調制御システム。
7. 前記異常が判断された時に、前記温度補正演算部は前記必要風量信号に基づくフロアファンの回転数を維持することを特徴とする請求項６に記載のデータセンターの空調制御システム。
8. 前記サーバ稼働率とサーバ発熱率との関係を表わす直線又は２次曲線以外の多項式による近似曲線を予め求めてサーバ稼働情報変換部に入力し、各サーバ毎のサーバ発熱率を各サーバの稼働率から演算して求めるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のデータセンターの空調制御システム。

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