JP5441212B2

JP5441212B2 - データセンターにおける局部循環空調システム

Info

Publication number: JP5441212B2
Application number: JP2009290653A
Authority: JP
Inventors: 正樹原; 孝誠市川; 誠志茂呂; 典雄葛岡; 忠敬才野; 義高佐々木
Original assignee: Kajima Corp; Sinko Industries Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Sinko Industries Ltd
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: JP2011133129A

Description

本発明は、データセンターのコンピュータ室のようなサーバやルータなどのＩＣＴ（Information and Communication Technology）装置のような発熱体を有する電子装置である高発熱装置が設置された施設において、冷房空気を循環させるデータセンターにおける局部循環空調システムに関する。

従来のデータセンターでは、特許文献１に開示されているように、空気調和機からの冷気を床下からサーバ等のラックに送風し、ラックからの排気を天井を介して空気調和機に還気している。近時、ＣＰＵの処理能力の向上、ブレードサーバの普及等に伴い、これらサーバやルータなどのＩＣＴ装置のような発熱体を有する電子装置等の高発熱を伴う装置も急激に高性能・大容量化し、コンピュータシステムが必要とする冷却空気量が急激に増加しており、より大容量の冷気の送風が求められている。
この従来のデータセンターでの冷房空調システムを、図１に示して説明する。
データセンターaに隣接して、冷熱源として、フィルターｂ冷却コイルｃと送風ファンｄからなる冷水型空調機や直膨型室内機等の冷房空調装置ｅを配置し、年間を通じて冷房を行うものであるが、図１において、冷房空調装置ｅからの冷気Cをグリル床ｆからサーバg2等のラックｇの前面パネルg1に送風し、サーバg2の発熱を処理したラックｇで暖まった暖気Ｈは、サーバ内蔵ファンg3によってラックｇの背面パネルg4から排気され、この暖機Ｈは天井吸込口ｈから通風路ｉを介して冷房空気調和機eに還気する循環冷却システムである。

特開２００７−２３２３１２公報

ところで、上述した従来のデータセンターにおける循環冷却システムにおいて、サーバ等は年間を通して非常に大きな発熱があり、サーバ等の熱負荷を処理するため、莫大なエネルギーが消費されるため、冷却するための空調エネルギーの削減が求められていた。
また、データセンター(電計室等)のＩＣＴ(Information and Communication Technology)装置等の発熱体を有する電子装置の熱負荷は年々増加傾向にあり、高発熱化に対処するために空調機器設置のスペースが不足するという問題点があった。
さらに、サーバの稼働状態によっては、サーバ室内の負荷にばらつきが生じ、温度ムラやエネルギー消費の無駄が生じてしまうという問題点があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、データセンターの空調システムにおいて、空調および、その送風機のエネルギーを削減し、空調施設のスペースを増加せず、かつ、サーバーラックスペースおよび、サーバーラックの数を減ずることなく温度ムラやエネルギー消費の無駄を省く空調システムを提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、発熱体を有する電子装置を収納した複数のラック列が並列に配置され、対向するラック列間の空間が冷却空間領域と排熱空間領域とに交互に配置され、床下空間が連結されて各ラック列の上部が天井で実質的に密封された施設において、前記冷却空間領域のラック列間のグリル床の下面には冷房空調施設が設けられ、該グリル床の直下はフィルター作用を有する金網で覆い、該金網の下方には送風ファン及び冷却コイルが設けられ、その下方は床下空間の排熱空間領域からの暖気を吸い込む吸込開口が形成され、冷気を前記グリル床から上方の前記冷却空間領域に送風し、該冷却空間領域の冷気で電子装置の熱負荷を処理して隣接する前記排熱空間領域に排気し、該排熱空間領域の暖気を前記グリル床から吸気して前記冷却コイルに循環させるようにしたことを特徴とするデータセンターにおける局部循環空調システムである。
請求項２の発明は、前記送風ファンの送風量は、隣接するラック列内の負荷を検知し、他の送風ファンとは独立して制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のデータセンターにおける局部循環空調システムである。
請求項３の発明は、前記金網は網目が２００乃至１０メッシュのフィルターであることを特徴とする請求項３に記載のデータセンターにおける局部循環空調システムである。

本発明のデータセンターの空調システムによれば、ラック列間の空間が冷却空間領域と排熱空間領域とに交互に配置させて、隣り合うラック列間で局部的に空気を循環させるので、従来システムに比べて空調搬送動力を削減し、空調および、その送風機のエネルギーを削減することができる。また、冷却コイルや送風ファン等をグリル床の直下に収納したので、サーバ室用の空調施設のフロアーが不要となり、サーバーラックスペースおよび、サーバーラックの数を減ずる必要もなく、空調施設のスペースを別途増加する必要もない。すなわち、グリル床の直下に冷房空調施設を設置しているため、ダクト等の付属部品を用いることなく漏れなく冷却空間領域に冷気を給気できるが、その場合（特に人歩行時）床からのゴミ落下によるコイル、ファンの汚れ等が懸念されるが、グリル床の直下の給気側であるコイル、ファンより上部にフィルター作用のある金網を設置することでこうした汚れ等による効率低下、損傷を抑制することができる。また、データセンター内は所謂居住空間ではないので、従来のフィルターの代わりに金網を設けて大きな浮遊ゴミ等除去することとし、空調システムでの空気搬送抵抗を小さくしている。
また、各床下の送風ファンは、局部毎にサーバの稼働状況に応じてきめ細かくファンの風量制御ができるので、温度ムラやエネルギー消費の無駄を省くことができ、サーバ室の熱環境向上や省エネが可能となる。

従来のデータセンターにおける空調システムの説明図、本発明のデータセンターにおける局部循環空調システムの説明図である。

本実施例では、データセンターにおいて、各床下に冷却コイルや送風ファン等を配置して、局部的に冷房空気を循環させることで、空調エネルギーを削減し、空調施設のスペースを増加せず、温度ムラやエネルギー消費の無駄を省く空調システムを実現した。

本発明の好適なデータセンターにおける局部循環空調システムの実施例を、図面に沿って説明する。
図２のデータセンターにおける局部循環空調システムの概要に示すように、データセンター１の内部は、内蔵ファンを有するサーバ２４やルータなどのＩＣＴ（Information and Communication Technology）装置等の発熱体を有する電子装置を収納した複数のラック２列が並列に配置され、対向するラック２列間の空間が冷却空間領域Ｃ１と排熱空間領域Ｈ１とに交互に配置されており、ラック２列間の床には貫通した長孔を有するグリル床３が敷き詰められ、グリル床３の床下空間４は互いに連結されていてチャンバー（空気通路）を形成している。
また、排熱空間領域Ｈ１の天井５'は、吊り天井としてラック２の上部とほぼ同じ高さにし、冷却空間領域Ｃ１の天井５''はラック２の上部よりも高し、本来の基礎天井部をを利用している。勿論、天井５''も吊り天井としてもよい。要は、各ラック２列の天井が実質的に密封状態、すなわち、各空間領域をチャンバー化して、空気を発散されることなく、循環させるようにして冷却効率を高めるようにすればよい。

冷却空間領域のラック２間のグリル床３の下面には、冷房空調施設６が設けられるが、グリル床３の直下にはフィルターの作用をする金網６１で覆い、金網６１の下方には送風ファン６２が設けられ、更にその下方にはノン結露のドライコイルである冷却コイル６３が設けられ、冷却コイルの下方は床下空間４の排熱空間領域Ｈ１からの暖気を吸い込む吸込開口６４が形成されている。
このように、グリル床の直下に冷房空調施設を設置しているため、当然のことながら、ダクト等の付属部品を用いることなく漏れなく冷却空間領域に冷気を給気できるが、その場合（特に人歩行時）床からのゴミ落下によるコイル、ファンの汚れ等が懸念されるが、グリル床の直下の給気側であるコイル、ファンより上部にフィルター作用のある金網を設置することでこうした汚れ等による効率低下、損傷を抑制する。
送風ファン６２は高効率である直流（ＤＣ）モータ(図示せず)で駆動され、送風ファン６２の隣接又は近傍するラック列２の上部に設けた温度センサー６５の検出値に基づいて、高い温度値であれば早く、低い温度値であれば遅く回転するように制御される。
ここで、送風ファン６２を制御するファクターとしてサーバ２４の負荷を検知するものであれば良く、本実施例では、ラック２内の温度としたが、各サーバの消費電流に基づいて送風ファン６２を制御してもよく、両者を組み合わせて制御するようにしてもよく、他の送風ファン６２の制御するファクターとしても良いことは勿論である。

ところで、データセンター１内は、所謂居住空間ではないので、本実施例では、従来のようなフィルターは配備していない。不織布等の通常のフィルターはどうしても空気搬送の大きな抵抗となり空調エネルギーを消費するので、本実施例では従来のフィルターの代わりに空気搬送抵抗の小さな金網６１を設け、大きな浮遊ゴミ等を除去するようにしている。
したがって、金網６１の網の目(メッシュ)は、金網の網目が３０メッシュ（１インチ(25.4mm)間の目数）程度が良いが、２００メッシュ以下だと空気抵抗(圧力損失)が大きくなり、１０メッシュ以上だと空気中の浮遊ゴミを補足できないからである。

以上のようなデータセンター(電算室)１の構成であり、次に、この構成における空気の流れを説明する。
図２において、本実施例の冷房空調施設６は、金網６１、送風ファン６２、冷却コイル６３、吸込開口６４、温度センサ６５から構成させるが、冷房空調装置６からの冷気Cをグリル床３(吹出しグリル床31)からサーバ２４を収納したラック２のラック前面パネル２１に送風し、サーバ２４の発熱を処理した暖まった暖気Ｈは、サーバ内蔵ファン２４１等によってラック背面パネル２２から排気され、この暖気Ｈは排熱空間領域Ｈ１の下部のグリル床３(吸込みグリル床32)の貫通長孔から床下空間４を通過して、吸込開口６４に吸い込まれ循環する。
ここで、サーバ２４のラック２の前面パネル側をサーバ２４に冷風を供給するための給気チャンバーとして囲い冷却空間領域C1を構成し、サーバ２４のラック２の背面パネル側をサーバ２４からの排熱を排出する排熱空間領域H1を形成することで、給・排気の温度差を確保し、搬送動力の低減を図っている。

ここで、ほぼ同じＩＣＴ装置（発熱体を有する電子装置)の熱負荷を処理する場合での従来システムと本発明のシステムの圧力損失を比較する。
従来システムは、図１での１つのグリル床を用い他を閉鎖した状態で計算し、本発明システムも図２での１つの吹き出しグリル床３１と、隣り合う２つの吸込みグリル床３２を用い他のグリル床を閉鎖した状態で算出した。

[従来システム] [本発明システム]
風量 25,000 m³/h 1,500 m³/h
コイル面速 2.9 m/s 1.6 m/s

機外損失損失
空調機吹き出し 37 Pa 金網 3 Pa
グリル床(吹出し) 7 Pa グリル床(吹き出し) 6 Pa
前面パネル 2 Pa 前面パネル 2 Pa
背面パネル 2 Pa 背面パネル 2 Pa
天井チャンバー吸込み 3 Pa グリル床(吸い込み) 6 Pa
ファン吸い込み 3 Pa

機内損失ドライコイル 25 Pa
吸込圧損 32 Pa
プレフィルター 144 Pa
冷水コイル 91 Pa
全圧力損失３１８Pa(全圧Pt) ４７Pa(全圧Pt)

このように、従来のシステム全体での圧力損失が３１８Pa(全圧Pt)であったのに対して、本発明のシステム全体での圧力損失は４７Pa(全圧Pt)と劇的に減少することが判る。

ところで、本発明の実施例のシステムは、前記のように空調搬送動力を著しく削減できる他に、サーバ室の床下空間をチャンバーとて利用するので、スペース的に有利であるが、この床下スペースにファン、コイル、冷水配管等を配置してサーバ室の有効スぺースを確保することができる。
さらに、この床下スペースにトラス構造を採用して、データセンター（サーバ室）内の柱をなくすことにより、サーバ室のフレキシビリティを確保すようにしても良い。

以上のように、本発明の実施例では、ラック列間の空間が冷却空間領域と排熱空間領域とに交互に配置させて、隣り合うラック列間で局部的に空気を循環させるので、空調搬送抵抗を削減し、空調および、その送風機のエネルギーを削減することができる。また、冷却コイルや送風ファン等をデータセンター１のサーバ２４室の床下に収納したので、サーバ室用の空調施設のフロアーが不要となり、サーバーラックスペースおよび、サーバーラックの数を減ずる必要がなく、空調施設のスペースを別途増加する必要もない。更に、各床下の送風ファン６２は、局部毎にサーバの稼働状況に応じてきめ細かくファンの風量制御ができるので、温度ムラやエネルギー消費の無駄を省くことができ、サーバ室の熱環境向上や省エネが可能となる。
なお、本発明の特徴を損うものでなければ、上記の実施例に限定されるものでないことは勿論である。

Ｃ・・冷気、Ｃ１・・冷却空間領域、
Ｈ・・暖気、Ｈ１・・排熱空間領域
１・・データセンター、
２・・ラック、２１・・ラック前面パネル、２２・・ラック背面パネル、
２３・・ラック上部、
２４・・サーバ、２４１・・サーバ内蔵ファン
３・・グリル床、３１・・吹出しグリル床、３２・・吸い込みグリル床、
４・・床下空間（チャンバー）
５、５’、５’’・・天井、
６・・冷房空調施設、６１・・金網、６２・・送風ファン、
６３・・冷却コイル、６４・・吸込開口、６５温度センサ、

Claims

発熱体を有する電子装置を収納した複数のラック列が並列に配置され、対向するラック列間の空間が冷却空間領域と排熱空間領域とに交互に配置され、床下空間が連結されて各ラック列の上部が天井で実質的に密封された施設において、
前記冷却空間領域のラック列間のグリル床の下面には冷房空調施設が設けられ、該グリル床の直下はフィルター作用を有する金網で覆い、該金網の下方には送風ファン及び冷却コイルが設けられ、その下方は床下空間の排熱空間領域からの暖気を吸い込む吸込開口が形成され、
冷気を前記グリル床から上方の前記冷却空間領域に送風し、該冷却空間領域の冷気で電子装置の熱負荷を処理して隣接する前記排熱空間領域に排気し、該排熱空間領域の暖気を前記グリル床から吸気して前記冷却コイルに循環させるようにしたことを特徴とするデータセンターにおける局部循環空調システム。
前記送風ファンの送風量は、隣接するラック列内の負荷を検知し、他の送風ファンとは独立して制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のデータセンターにおける局部循環空調システム。
前記金網は網目が２００乃至１０メッシュのフィルターと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における局部循環空調システム。