JP5579518B2

JP5579518B2 - 空調システム

Info

Publication number: JP5579518B2
Application number: JP2010161460A
Authority: JP
Inventors: 淳一高橋
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: JP2012021741A

Description

本発明は、空調システムに関する。詳しくは、サーバルームやデータセンタなどにおいて、発熱機器であるサーバを多数収容するサーバ室の空調システムに関する。

従来より、サーバルームやデータセンタのサーバ室では、多数のサーバがラックに実装されて稼働している。これらサーバは発熱機器であるため、サーバルームは、例えば、以下のような構造である。
すなわち、サーバ室には、ラックを一列に並べたラック列が複数列設けられる。各ラックには、サーバが収容されている。このラック列同士の間の空間は、コールドアイルとし、サーバ室内のコールドアイル以外の空間を、ホットアイルとする。コールドアイルとホットアイルとは仕切られている。コールドアイルに冷却空気が供給されると、この冷却空気は、ラック内を通って、ホットアイルに流れるようになっている。このとき、冷却空気がラック内のサーバから熱を奪うことで、サーバを効率的に冷却する。

ここで、冷却空気をコールドアイルに供給する方法としては、例えば、以下の３種類が知られている。
第１に、サーバ室内に空調機を設置し、この空調機により、ホットアイル内の空気を取り入れて冷却し、この冷却空気をコールドアイルに供給する方法である。
第２に、サーバ室の天井部分に空調機を設置し、この天井に設置した空調機により、ホットアイル内の空気を取り入れて冷却し、この冷却空気をコールドアイルに供給する方法である。
第３に、サーバ室を二重床とし、サーバ室の外部に大型の空調機を設置する方法である。この場合、この大型の空調機の吸込口をサーバ室の一端に設け、床下空間の一端に吹出口を設ける。この大型の空調機により、ホットアイル内の空気を取り入れて冷却し、この冷却空気を床下空間に供給する。床下空間に供給された冷却空気は、サーバ室の床面を抜けてコールドアイルに流れる。

しかしながら、第１の方法では、サーバ室内に空調機を設置するので、サーバ室内でのラックの設置スペースが減ってしまい、サーバ室を有効利用することができない。
また、第２の方法では、サーバ室の天井高が高くなるうえに、空調機の設置やメンテナンスに手間がかかってしまう。
また、第３の方法では、床下空間の一端に冷却空気を供給するため、床下空間内の温度分布にばらつきが生じる。よって、一部のコールドアイルに流れる冷却空気の温度が高くなったしまうため、送風量を増加させる必要があり、運転コストが高くなっていた。

そこで、サーバ室の床下空間に複数の空調機を設置する方法が提案されている（特許文献１参照）。具体的には、コールドアイルの直上とコールドアイルの直下の床下空間とに空調機を配置する。各空調機は、ホットアイルから床下空間に流れた空気を取り入れて冷却し、冷却空気をコールドアイルに供給する。

この提案によれば、サーバ室の床上や天井部分に空調機を設置しないため、サーバ室を有効利用できるうえに、サーバ室の天井高が高くなるのをある程度防止できる。また、コールドアイル直下の床下空間に空調機を分散して配置するため、コールドアイルに供給される空気の温度分布を均一化できるので、運転コストを低減できる。

特開２０１０−５４０９０号公報

しかしながら、上述の提案では、各空調機はホットアイルから床下空間に流れた空気を取り入れて冷却するため、空気を効率良く取り入れることが困難であった。
また、コールドアイルの直上に空調機を設置するため、依然として、天井高さを高くする必要があるうえに、空調機の設置やメンテナンスに手間がかかってしまう。

本発明は、設置やメンテナンスが容易で、かつ、空気を効率良く取り入れたり供給したりできる空調システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の空調システムは、発熱機器を収容するラックが床上に複数設けられた部屋を空調する空調システムであって、
前記部屋には、床下空間が形成されるとともに、前記ラックが面するコールドアイルおよびホットアイルが設けられ、
前記部屋の外部に設けられた単一の全体空調機と、前記複数のラックのそれぞれの直下の床下空間に設けられた複数の個別空調機と、を備え、
前記全体空調機は、前記ホットアイルから空気を取り入れて冷却し、前記床下空間に供給し、
前記複数の個別空調機は、前記床のホットアイルに面する部分のうち前記個別空調機の直上に位置するラック近傍には、吸込口が設けられ、当該吸込口と前記個別空調機とは、ダクトで接続され、前記床のコールドアイルに面する部分のうち前記個別空調機の直上に位置するラックの近傍には、吹出口が設けられ、当該吹出口と前記個別空調機とは、ダクトで接続され、それぞれ、直上に位置するラックの近傍のホットアイルから空気を直接取り入れて冷却し、直上に位置するラックの近傍のコールドアイルに直接供給することを特徴とする。

この発明によれば、全体空調機を駆動する。すると、全体空調機は、ホットアイルの空気を取り入れて冷却し、この冷却空気を床下空間に供給する。この供給された冷却空気は、コールドアイルに至り、ラックの内部を通って、再度ホットアイルに流れる。このようにして、部屋内のラックを全体的に冷却する。

また、特定のラックの温度が著しく上昇した場合には、このラックの直下に位置する個別空調機を駆動する。すると、個別空調機は、この特定のラック近傍のホットアイルの空気を取り入れて冷却し、この冷却空気を特定のラック近傍のコールドアイルに供給する。この供給された冷却空気は、特定のラックの内部を通って、再度ホットアイルに流れる。このようにして、特定のラックのみを局所的に冷却する。

以上より、全体空調機を常時駆動しつつ、個別空調機を適切なタイミングで駆動することで、発熱負荷の変動に適確に対応でき、省エネルギ化を実現できる。また、２種類の空調機を用いて空調するので、空調システムの信頼性を向上できる。

また、個別空調機により、ホットアイルから直接空気を取り入れて、コールドアイルに直接空気を供給する。よって、空気を床下空間に通さずに、ホットアイルの空気を迅速に回収できるうえに、冷却した空気をコールドアイルに迅速に供給できるから、空気を効率良く取り入れたり供給したりできる。
また、部屋の上部に空調機を設置しないため、天井高さを高くする必要がなく、空調機の設置やメンテナンスが容易となる。

請求項２に記載の空調システムは、前記床のホットアイルに面する部分のうち前記個別空調機の直上に位置するラックの近傍には、吸込口が設けられ、当該吸込口と前記個別空調機とは、ダクトで接続され、前記床のコールドアイルに面する部分のうち前記個別空調機の直上に位置するラックの近傍には、吹出口が設けられ、当該吹出口と前記個別空調機とは、ダクトで接続されることを特徴とする。

この発明によれば、床の吸込口と個別空調機とをダクトで接続するとともに、床の吹出口と個別空調機とをダクトで接続した。よって、簡易な構成で、ホットアイルから直接空気を取り入れたり、コールドアイルに直接空気を供給したりできる。

本発明によれば、個別空調機により、ホットアイルから直接空気を取り入れて、コールドアイルに直接空気を供給するため、空気を効率良く取り入れたり供給したりできる。また、部屋の上部に空調機を設置しないため、天井高さを高くする必要がなく、空調機の設置やメンテナンスが容易となる。

本発明の一実施形態に係る空調システムの断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る空調システム１の断面図である。
空調システム１は、設置室１０内のラック群２０Ａ、２０Ｂを空調するものである。
ラック群２０Ａ、２０Ｂは、設置室１０の床１１の上に互いに平行に設置されている。

ラック群２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ、床１１の上に配置された一対のラック列２１と、これら一対のラック列２１同士の間の空間を塞ぐキャップ部材２２と、を備える。
以下、この一対のラック列２１およびキャップ部材２２で囲まれた空間を、図１中右側から順に、コールドアイル２３Ａ、２３Ｂとし、設置室１０の床上の空間のうちコールドアイル２３Ａ、２３Ｂ以外の部分をホットアイル２４とする。これにより、ラック列２１の各ラックは、コールドアイル２３Ａ、２３Ｂおよびホットアイル２４に面することになる。

各ラック列２１は、複数台のラックが並んで構成され、各ラックには、図示しない発熱機器が収容されている。各ラックのコールドアイル２３Ａ、２３Ｂに面する部分およびホットアイル２４に面する部分は、メッシュ状の扉となっている。これにより、コールドアイル２３Ａ、２３Ｂ内の空気は、ラック内部を通ってホットアイル２４に抜けるようになっている。
また、各ラックには、周囲の温度を検出する図示しない温度センサが設けられている。

設置室１０の床１１は、二重床であり、床下空間１２が形成されている。
床１１のコールドアイル２３Ａ、２３Ｂに面する部分には、コールドアイル２３Ａ、２３Ｂと床下空間１２とを連通する全体吹出口１３および個別吹出口１４が形成されている。このうち、全体吹出口１３は、床１１のコールドアイル２３Ａ、２３Ｂに面する部分の略中央に形成され、個別吹出口１４は、床１１のコールドアイル２３Ａ、２３Ｂに面する部分のうちラック列２１の近傍に形成される。

床１１のホットアイル２４に面する部分には、ホットアイル２４と床下空間１２とを連通する個別吸込口１５が形成されている。具体的には、この個別吸込口１５は、床１１のホットアイル２４に面する部分のうちラック列２１の近傍に形成される。

設置室１０の外部には、この設置室１０に隣接して機械室３０が設けられている。設置室１０と機械室３０とは、壁１６で仕切られている。
この壁１６の上部には、ホットアイル２４と機械室３０の内部とを連通する全体吸込口１７が形成されている。

空調システム１は、単一の全体空調機４０と、複数の個別空調機５０と、これらの空調機を制御する図示しない制御装置と、を備える。

全体空調機４０は、設置室１０に隣接する機械室３０に設置されている。この全体空調機４０は、設置室１０のホットアイル２４から、全体吸込口１７を通して空気を取り入れて、この取り入れた空気を熱交換器４１で冷水と熱交換して冷却し、床下空間１２に供給する。この床下空間１２に供給された冷却空気は、全体吹出口１３を通ってコールドアイル２３Ａ、２３Ｂに供給される。

個別空調機５０は、ラック列２１の真下の床下空間１２に設置されている。各個別空調機５０の熱交換器５１は、冷媒管５２により屋外機５３に連結されている。また、各個別空調機５０は、給気ダクト５４により個別吹出口１４に接続されるとともに、還気ダクト５５により個別吸込口１５に接続されている。
個別空調機５０は、個別吸込口１５および還気ダクト５５を通して、ホットアイル２４から空気を取り入れる。次に、この取り入れた空気を熱交換器５１で冷水と熱交換して冷却し、給気ダクト５４および個別吹出口１４を通して、コールドアイル２３Ａ、２３Ｂに供給する。

以上の空調システム１の動作は、以下のようになる。
すなわち、図示しない制御装置により、全体空調機４０を常時駆動するとともに、この全体空調機４０に加えて、温度センサの検出温度に基づいて個別空調機５０を補助的に駆動して、ラック群２０Ａ、２０Ｂを冷却する。
つまり、ラックに収容された発熱機器の稼働率が低い場合には、空調負荷が低いため、全体空調機４０のみを運転させて、個別空調機５０を停止させる。一方、一部の発熱機器の稼働率が高くなり、この発熱機器の設置された領域の空調負荷が急激に増大した場合には、全体空調機４０に加えて個別空調機５０を運転させる。

全体空調機４０を駆動すると、図１に示すように、全体空調機４０は、ホットアイル２４の空気を取り入れて冷却し、この冷却空気を床下空間に供給する。この供給された冷却空気は、コールドアイル２３Ａ、２３Ｂに至り、ラックの内部を通って、再度ホットアイル２４に流れる。このようにして、設置室１０内のラックを全体的に冷却する。

さらに、図示しない制御装置により、温度センサで検出されたラックの温度を監視して、特定のラックが高温になった場合には、この特定のラックの直下に位置する個別空調機５０を駆動する。すると、個別空調機５０は、この特定のラック近傍のホットアイル２４の空気を直接取り入れて冷却し、この冷却空気を特定のラック近傍のコールドアイル２３Ａ、２３Ｂに直接供給する。この供給された冷却空気は、特定のラックの内部を通って、再度ホットアイル２４に流れる。このようにして、特定のラックのみを局所的に冷却する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）全体空調機４０を常時駆動しつつ、個別空調機５０を適切なタイミングで駆動することで、発熱負荷の変動に適確に対応でき、省エネルギ化を実現できる。また、２種類の空調機４０、５０を用いて空調するので、空調システム１の信頼性を向上できる。

また、個別空調機５０により、ホットアイル２４から直接空気を取り入れて、コールドアイル２３Ａ、２３Ｂに直接空気を供給する。よって、空気を床下空間１２に通さずに、ホットアイル２４の空気を迅速に回収できるうえに、冷却空気をコールドアイル２３Ａ、２３Ｂに迅速に供給できるから、空気を効率良く取り入れたり供給したりできる。
また、設置室１０の上部に空調機を設置しないため、天井高さを高くする必要がなく、空調機の設置やメンテナンスが容易となる。

（２）床１１の個別吸込口１５と個別空調機５０とを還気ダクト５５で接続するとともに、床１１の個別吹出口１４と個別空調機５０とを給気ダクト５４で接続した。よって、簡易な構成で、ホットアイル２４から直接空気を取り入れたり、コールドアイル２３Ａ、２３Ｂに直接空気を供給したりできる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１…空調システム
１０…設置室（部屋）
１１…床
１２…床下空間
１３…全体吹出口
１４…個別吹出口
１５…個別吸込口
１６…壁
１７…全体吸込口
２０Ａ、２０Ｂ…ラック群
２１…ラック列
２２…キャップ部材
２３Ａ、２３Ｂ…コールドアイル
２４…ホットアイル
３０…機械室
４０…全体空調機
４１…熱交換器
５０…個別空調機
５１…熱交換器
５２…冷媒管
５３…屋外機
５４…給気ダクト
５５…還気ダクト

Claims

発熱機器を収容するラックが床上に複数設けられた部屋を空調する空調システムであって、
前記部屋には、床下空間が形成されるとともに、前記ラックが面するコールドアイルおよびホットアイルが設けられ、
前記部屋の外部に設けられた単一の全体空調機と、前記複数のラックのそれぞれの直下の床下空間に設けられた複数の個別空調機と、を備え、
前記全体空調機は、前記ホットアイルから空気を取り入れて冷却し、前記床下空間に供給し、
前記複数の個別空調機は、前記床のホットアイルに面する部分のうち前記個別空調機の直上に位置するラック近傍には、吸込口が設けられ、当該吸込口と前記個別空調機とは、ダクトで接続され、
前記床のコールドアイルに面する部分のうち前記個別空調機の直上に位置するラックの近傍には、吹出口が設けられ、当該吹出口と前記個別空調機とは、ダクトで接続され、
それぞれ、直上に位置するラックの近傍のホットアイルから空気を直接取り入れて冷却し、直上に位置するラックの近傍のコールドアイルに直接供給することを特徴とする空調システム。