JP5540478B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、サーバー室を効率的に冷却するための空調システムに関する。

従来、多数のサーバーを搭載した複数のラックを設置するサーバー室では、それらのラックの周囲、とくに背面側（排熱側）において空気が高発熱化した状態となっている。そして、サーバーなどの機器の運用温度としては、過熱による暴走を防ぐために、低い温度で設定されている。近年では、サーバー室として、床下にケーブルを配線するために二重床構造としているものが多くなっている。そして、この床下の空間を風道として利用し、空調機の吹き出しをこの風道内に供給し、床の適宜な位置に形成された吹出口から室内に冷気を吹き出す空調方式が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、空調機から床下チャンバに供給された冷房用空調空気が空調室（事務室）内に吹き出されてＯＡ機器等で温められた後、天井チャンバから吸気されて空調機に戻る構成と、空調負荷計算上、建築外壁から熱的な影響を受ける領域であるペリメータゾーンの壁と窓を二重構造としてインテリアゾーンとペリメータゾーンに分離し、天井チャンバの空気をペリメータ用送風機でペリメータゾーンの通路に送気する構成とを備えた空調システムについて記載されている。この空調システムでは、冬期及び夏期のペリメータゾーンの温度管理を効率的に行うことができるとともに共に、インテリアゾーンの冷気とペリメータゾーンの暖気とが混合することによる熱エネルギーロスを無くした省エネ空調を行うようにしたものである。
特開平６−１５９７３０号公報

しかしながら、従来の空調システムでは以下のような問題があった。
すなわち、特許文献１の空調システムでは床チャンバが送風側通路、天井チャンバが排気側通路として機能するものであり、それぞれのチャンバは送風又は排気のいずれか一方向の流れをもたせた機能となっている。つまり、天井チャンバおよび床チャンバの両者によって効率的な空調システムを機能させている。
ところで、サーバー室として利用していない部屋をサーバー室として使用する際、例えばその部屋が空調用の天井チャンバのみで床下空調を備えていない構造である場合には、床下を空調チャンバとして機能させるために、特許文献１のような二重床構造に改造する必要があるが、大掛かりな工事となり、工事費が増大するといった問題があることから、その点で改良の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、施工が簡略化され、工事費の低減を図ることができる空調システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る空調システムでは、サーバーを搭載した複数のラックを設置したサーバー室を、空調機で温度調整するための空調システムであって、天井が上部層および下部層に分離した二層構造をなし、そのうちの一方の層が送風側通路とされ、他方の層がリターン側通路とされ、それぞれがサーバー室の室内空間に通じており、上部層と下部層とがパネル構造をなす仕切り板によって分離され、下部層及び上部層が天井面全体にわたって連続し、天井の室内空間に面する天井板には、下部層と室内空間とを通じる第１開口部と、上部層と室内空間とを通じる第２開口部とが設けられ、第２開口部と上部層とを連結するダクトが設けられ、送風側通路に通じる第１開口部および第２開口部のいずれか一方の開口部が、ラックの冷気吸入側近傍の第１空間上に位置し、他方の開口部がラックの暖気排出側近傍の第２空間上に位置し、ダクトは、下端が天井板の第２開口部に接続され、上端が仕切り板に形成された開口穴に接続されていることを特徴としている。

本発明では、天井の二層構造のうち一方の層をサーバー室の室内空間への冷気の送風側とし、他方の層をラックの発熱による暖気のリターン側とすることで、室内空間の空気を効率よく循環させ、効率よくサーバー室の温度調整を行うことができる。そのうえ、上部層と下部層のそれぞれが分離されているので、二層構造をなす天井内において冷気と暖気とが混じり合うことがなく、冷却効率を高めることができる。
そして、本空調システムを構築する際には、従来のような床を二重構造にする工事が不要であり、天井のみの工事に限定されるうえ、例えば既存の室内をサーバー室に改造する場合の工事であっても、既存の室内の天井裏空間に仕切り板を設置するといった簡単な作業により施工することが可能であるので、施工の簡略化を図ることができる。

また、本発明では、仕切り板が位置変更が容易なパネル構造であることから、仕切り板を例えば上部層と室内空間とを連絡するダクトを通過させるための開口部を形成させたパネル構造とすることで、室内空間に配置されるラックのレイアウトに対応させて適宜な仕切り板に容易に変更することができる。

また、本発明では、室内空間に面する天井板に第１開口部および第２開口部をラックの位置に応じて適宜な箇所に設け、上部層に通じる第２開口部にダクトを取り付けるといった簡単な構造により、送風側通路とリターン側通路からなる二層構造としての空調機能を十分に発揮することができるので、施工の簡略化が図れるといった効果が得られる。

また、本発明では、第１開口部および第２開口部のいずれか一方の開口部から、送風側通路を介して空調機より送風される冷気をラックの冷気吸入側近傍の第１空間に向けて吹き込むことが可能となり、その第１空間にコールドアイル（冷気通路）を形成することができる。一方、他方の開口部からラックの暖気排出側近傍の第２空間の暖気を吸入することが可能となり、その第２空間にホットアイル（暖気通路）を形成することができる。これにより、サーバー室の冷却効率を向上させることができる。

また、本発明に係る空調システムでは、第１開口部および第２開口部には、ファンが設けられていてもよい。

本発明では、空調機から送風される冷気をファンによって強制的に室内空間の所定箇所（例えば、ラックの冷気吸入側の空間）に向けて吹き込むことが可能となり、その空間に形成されるコールドアイル（冷気通路）の形成状態をより確実なものとすることができる。また、ラックの発熱による暖気をファンによって強制的に室内空間の所定箇所（例えば、ラックの暖気排出側の空間）から吸入することが可能となり、ホットアイル（暖気通路）の形成状態をより確実なものとすることができる。

また、本発明に係る空調システムでは、天井板は、パネル構造をなしていることが好ましい。

本発明では、天井板が位置変更が容易なパネル構造であることから、天井板を例えば上部層と室内空間とを連絡するダクトを通過させるための開口部や下部層と室内空間とを通じる開口部を形成させたパネル構造とすることで、室内空間に配置されるラックのレイアウトに対応させて適宜な天井板に容易に変更することができる。

本発明の空調システムによれば、床を風道として利用せずに、天井のみを二層構造とした簡単な構造によりサーバー室内のラックの冷却効率を向上させる構成であるので、その施工が天井に限定され、床を施工するといった大掛かりな工事が不要となって施工が簡略化されることから、工事費の低減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態による空調システムについて、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による空調システムの全体概要を示す側面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線矢視図、図３は図１に示すＢ−Ｂ線矢視図、図４は図２に示すＣ−Ｃ線断面図、図５は図２に示すＤ−Ｄ線断面図である。

図１の符号１は本実施の形態による空調システムの適用対象とされるサーバー室の一例を示したものであり、また符号２はサーバー室１の天井、符号３はサーバー室１を冷却して温度調節するための空調機、符号４は多数のサーバー（図示省略）を搭載したラックを示している。すなわち、サーバー室１には、複数（図１では２台）のラック４、４が前面４ａ、４ａ（冷気吸入側の面）どうしを互いに対向させて所定の間隔をもって設置されており、室内の一壁面（図１で右側の側面）に空調機３が配置されている。
なお、本空調システムは、天井２のみで空調機３による送風と、空調機３への戻りとの通路機能をもたせたものであり、床９を空気の通路機能としてもたせた構造にはなっていない。

天井２は、室内空間１Ａに面する天井板５が設けられており、仕切り板６によって上下に分離された二層構造をなしている。すなわち、天井２は、仕切り板６を挟んで下側の空間であって室内空間１Ａに空調機３から吹き出された冷たい空気（冷気Ｅ１）を送り込む送風側の通路（送風側通路Ｓ）となる下部層２Ａと、仕切り板６より上側の空間であってサーバー室１内から吸入された空気（暖気Ｅ２に相当）の戻り側（リターン側）の通路（リターン側通路Ｒ）となる上部層２Ｂとからなる。

仕切り板６は、空調機３の吹出口３ａと吸込口３ｂとの間に位置しており、これにより、天井２の下部層２Ａが吹出口３ａのみに接続され、上部層２Ｂが吸込口３ｂにのみ接続された状態となっている。

図１乃至図５に示すように、天井２の室内空間１Ａに面する天井板５には、下部層２Ａ（送風側通路Ｓ）と室内空間１Ａとを通じる吹出し開口部７（第１開口部）と、上部層２Ｂ（リターン側通路Ｒ）と室内空間１Ａとを通じる開口穴５ａ（第２開口部）とが設けられ、この開口穴５ａと上部層２Ｂとを連結するダクト８が設けられている。つまり、天井板５と仕切り板６には、それぞれの同じ平面位置に所定の開口穴５ａ、６ａ（図４参照）が形成され、ダクト８は下端が天井板５の開口穴５ａに接続され、上端が仕切り板６の開口穴６ａに接続されており、送風側通路Ｓ内の冷気Ｅ１がダクト８内に入らないようになっている。そのため、天井２内を通過する空気は、送風側通路Ｓ内の冷気Ｅ１と、リターン側通路Ｒ内の暖気Ｅ２とが混合しないようになっている。

なお、開口部７とダクト８（開口穴５ａ）との位置は適宜設定すればよいが、本実施の形態では、図１に示すように、吹出し開口部７がラック４、４どうしの間（ラック４の前面４ａ近傍）の第１空間１ａ上に位置し、ダクト８（開口穴５ａ）がラック４の背面４ｂ（暖気排出側の面）近傍の第２空間１ｂ上に位置している。

次に、このように構成される本実施の形態の空調システムの作用について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本空調システムでは、空調機３の吹出口３ａからの送り出される冷気Ｅ１が天井２の下部層２Ａである送風側通路Ｓを通過し、吹出し開口部７より室内空間１Ａに送風される（図２、図５参照）。このとき、送風側通路Ｓの吹出し開口部７から吹き出された冷気Ｅ１がラック４、４どうしの間の第１空間１ａに向けて送り込まれるので、その第１空間１ａにはこのとき送風された冷気Ｅ１によってコールドアイル（冷気通路）が形成され、両ラック４、４はそれぞれ前面４ａ、４ａより冷気Ｅ１を吸入する。

そして、ラック４の背面４ｂには、各ラック４内に収納されたサーバーによって暖められた排気（暖気Ｅ２）が上昇するため、天井２のダクト８に向かうホットアイル（暖気通路）が形成されることになり、その暖気Ｅ２がダクト８から上部層２Ｂであるリターン側通路Ｒを通過して空調機３の吸込口３ｂに戻される（図３、図４参照）。

このように、天井２の一方の下部層２Ａを室内空間１Ａへの送風側とし、他方の上部層２Ｂをリターン側とした上下に二層構造とすることで、室内空間１Ａの空気を効率よく循環させ、効率よくサーバー室１の温度調整を行うことができる。そのうえ、上部層２Ｂと下部層２Ａのそれぞれが仕切り板６によって分離されているので、二層構造をなす天井２内において冷気Ｅ１と暖気Ｅ２とが混じり合うことがなく、冷却効率を高めることができる。

そして、吹出し開口部７から、送風側通路Ｓを介して空調機３より送風される冷気Ｅ１をラック４、４の前面４ａ、４ａどうしの間の第１空間１ａに向けて吹き込むことが可能となり、その第１空間１ａにコールドアイルを形成することができる。一方、ダクト８（天井板５の開口穴５ａ）から各ラック４の背面４ｂ近傍の第２空間１ｂの暖気を吸入することが可能となり、その第２空間１ｂにホットアイルを形成することができる。つまり、サーバー室１内に配置されるラック４、４の周囲にコールドアイルとホットアイルとのそれぞれが互いに分離された状態で形成されているので、各ラック４は前面４ａから暖気Ｅ２の混ざらない冷気Ｅ１のみを吸入することになり、効率よくサーバーを冷却することができる。

また、本実施の形態の空調システムを構築する際には、従来のような床を二重構造にする工事が不要であり、天井のみの工事に限定されるうえ、例えば既存の室内をサーバー室に改造する場合の工事であっても、既存の室内の天井裏空間に仕切り板６を設置するといった簡単な作業により施工することが可能であるので、施工の簡略化を図ることができる。或いは、既存の室内の天井板を二層構造の仕切り板６として使用し、その仕切り板６の室内空間側に新たな天井板５を設置することによって二層構造の天井２を構築することも可能である。

さらに、室内空間１Ａに面する天井板５に吹出し開口部７および開口穴５ａをラック４の位置に応じて適宜な箇所に設け、上部層２Ｂに通じる開口穴５ａにダクト８を取り付けるといった簡単な構造により、送風側通路Ｓとリターン側通路Ｒからなる二層構造としての空調機能を十分に発揮することができるので、施工の簡略化が図れるといった効果が得られる。

上述のように本実施の形態による空調システムでは、床を風道として利用せずに、天井２のみを二層構造とした簡単な構造によりサーバー室１内のラック４の冷却効率を向上させる構成であるので、その施工が天井２に限定され、床を施工するといった大掛かりな工事が不要となって施工が簡略化されることから、工事費の低減を図ることができる。

以上、本発明による空調システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では天井２の下部層２Ａを送風側通路Ｓとし、上部層２Ｂをリターン側通路Ｒとしているが、この形態に限定されることはなく、上下反対にして下部層２Ａをリターン側通路とし、上部層２Ｂを送風側通路とした構成であってもかまわない。なお、この場合、吹出し開口部７は暖気Ｅ２の吸込口となり、ダクト８が冷気Ｅ１の吹出し口となる。

そして、天井板５の開口穴５ａ、吹出し開口部７、ダクト８の位置、開口の大きさ、寸法、断面形状、および数量等の構成は、ラック４のレイアウト、大きさ、台数、サーバーの収納台数、サーバー室１の広さ、ラック４の冷却温度、および空調機３から送風される風量等の条件に基づいて任意に設定すればよい。
また、天井２の上部層２Ｂ及び下部層２Ａのそれぞれと空調機３との接続構造は、とくに限定されることはないが、本実施の形態のように上部層２Ｂおよび下部層２Ａのいずれか一方の層が空調機３の吹出口３ａに接続し、同じく他方の層が吸込口３ｂに接続されるように構成されていればよい。

さらに、本実施の形態のでは吹出し開口部７やダクト８（開口穴５ａ）は開口が形成された状態となっているが、これらの開口部分にファンを取り付けるようにしてもかまわない。これにより、空調機３から送風される冷気Ｅ１をファンによって強制的に室内空間１Ａの所定箇所（例えば、ラック４の冷気吸入側の第１空間１ａ）に向けて吹き込むことが可能となり、その第１空間１ａに形成されるコールドアイルの形成状態をより確実なものとすることができる。また、ラック４の発熱による暖気Ｅ２をファンによって強制的に室内空間１Ａの所定箇所（例えば、ラック４の暖気排出側の第２空間１ｂ）から吸入することが可能となり、ホットアイルの形成状態をより確実なものとすることができる。

そして、本実施の形態の仕切り板６や天井板５は、位置変更が容易なパネル構造とすることが可能である。つまり、仕切り板６を上部層２Ｂと室内空間１Ａとを連絡するダクト８を通過させるための開口部（開口穴６ａ）を形成させたパネル構造とすることで、室内空間１Ａに配置されるラック４のレイアウトに対応させて適宜な仕切り板に容易に変更することができる。また、天井板５を上部層２Ｂと室内空間１Ａとを連絡するダクト８を通過させるための開口部（開口穴５ａ）や下部層２Ａと室内空間１Ａとを通じる開口部（吹出し開口部７）を形成させたパネル構造とすることで、室内空間１Ａに配置されるラック４のレイアウトに対応させて適宜な天井板に容易に変更することができる。

本発明の実施の形態による空調システムの全体概要を示す側面図である。 図１に示すＡ−Ａ線矢視図である。 図１に示すＢ−Ｂ線矢視図である。 図２に示すＣ−Ｃ線断面図である。 図２に示すＤ−Ｄ線断面図である。

符号の説明

１ サーバー室
１Ａ 室内空間
１ａ 第１空間
１ｂ 第２空間
２ 天井
２Ａ 下部層
２Ｂ 上部層
３ 空調機
４ ラック
４ａ 前面（冷気吸入側の面）
４ｂ 背面（暖気排出側の面）
５ 天井板
５ａ 開口穴（第２開口部）
６ 仕切り板
７ 吹出し開口部（第１開口部）
８ ダクト
９ 床
Ｓ 送風側通路
Ｒ リターン側通路
Ｅ１ 冷気
Ｅ２ 暖気

Claims (3)

1. サーバーを搭載した複数のラックを設置したサーバー室を、空調機で温度調整するための空調システムであって、
   天井が上部層および下部層に分離した二層構造をなし、そのうちの一方の層が送風側通路とされ、他方の層がリターン側通路とされ、それぞれがサーバー室の室内空間に通じており、
   前記上部層と前記下部層とがパネル構造をなす仕切り板によって分離され、前記下部層及び前記上部層が天井面全体にわたって連続し、
   前記天井の前記室内空間に面する天井板には、前記下部層と前記室内空間とを通じる第１開口部と、前記上部層と前記室内空間とを通じる第２開口部とが設けられ、該第２開口部と前記上部層とを連結するダクトが設けられ、
   前記送風側通路に通じる前記第１開口部および前記第２開口部のいずれか一方の開口部が、前記ラックの冷気吸入側近傍の第１空間上に位置し、他方の開口部が前記ラックの暖気排出側近傍の第２空間上に位置し、
   前記ダクトは、下端が前記天井板の前記第２開口部に接続され、上端が前記仕切り板に形成された開口穴に接続されていることを特徴とする空調システム。
2. 前記第１開口部および前記第２開口部には、ファンが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記天井板は、パネル構造をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の空調システム。

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