JP5932350B2 - 空調装置および空調制御方法 - Google Patents
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Description
一実施形態であるサーバ室管理システムの構成について、図1を参照して説明する。
次に、本実施形態によるサーバ室管理システム1の動作について説明する。
領域Iは、目標とする、給気温度目標範囲、且つ給気相対湿度範囲、且つ給気絶対湿度範囲と同様の範囲、つまり空気線図上において下記式(1)を満たす範囲である。
(温度15度以上32度以下)
∩(相対湿度20%以上80%以下)
∩(絶対湿度0.019kg/kg(DA)以下) 式(1)
領域IIは、給気温度範囲の下限値以上の範囲においては目標とする給気相対湿度範囲の下限値未満であり、且つ給気温度範囲の下限値未満の範囲においては給気相対湿度範囲の下限値に相当する絶対湿度未満であり、且つ目標とする範囲(すなわち領域I)におけるエンタルピ下限値未満の範囲、つまり空気線図上において下記式(2)を満たす範囲である。
{(温度15度以上)∩(相対湿度20%未満)∩(比エンタルピ35kJ/kg(DA)未満)}
∪{(温度15度未満)∩(絶対湿度0.002未満)} 式(2)
領域IIIは、目標とする給気絶対湿度の上限値以下、且つ、絶対湿度下限線Xlで示す絶対湿度の値以上であり、且つ、目標とする給気温度範囲の下限値未満または目標とする給気相対湿度の上限値以上の範囲、つまり空気線上において下記式(3)を満たす範囲である。
(絶対湿度0.002kg/kg(DA)以上0.019kg/kg(DA)以下)
∩{(温度15度未満)∪(相対湿度80%以上)} 式(3)
領域IVは、目標とする給気温度および給気湿度の範囲に対応するエンタルピ範囲内であり、且つ、目標とする給気相対湿度範囲の下限値未満または目標とする給気温度範囲の上限値を超える範囲、つまり空気線上において下記式(4)を満たす範囲である。
(比エンタルピ35kJ/kg(DA)以上比エンタルピ50kJ/kg(DA)以下)
∩{(相対湿度20%未満)∪(温度32℃超)} 式(4)
領域VIは、目標とする給気絶対湿度範囲の上限値未満、且つ、目標とする給気温度および給気湿度の範囲に対応するエンタルピ範囲の上限値超、且つ、還気温度以下、且つ、目標とする給気温度範囲の上限値を超える範囲、つまり空気線上において下記式(5)を満たす範囲である。
(絶対湿度0.019kg/kg(DA)以下)
∩(比エンタルピ50kJ/kg(DA)超)
∩(還気温度以下)
∩(温度32℃超) 式(5)
領域VIIは、目標とする給気絶対湿度の上限値超、且つ、外気冷却エンタルピの上限値以下の範囲、つまり空気線上において下記式(6)を満たす範囲である。なお、外気冷却エンタルピ上限線Hhoは、還気温度および目標とする給気絶対湿度の上限値に対応するエンタルピ線であり、図3の空気線図上において、還気温度Trと絶対湿度上限線Xhとの交点に交わるエンタルピ線として規定する。
(絶対湿度0.019kg/kg(DA)超)
∩(外気冷却エンタルピの上限値以下) 式(6)
領域Vは、上記の領域I〜VII以外の範囲であるが、具体的には、図3に示すように、給気温度目標範囲且つ給気湿度目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応するエンタルピ範囲の上限値超であり、且つ還気温度を超えるか、または外気冷却エンタルピの上限値を超える空気状態範囲である。
現在の外気の状態が領域Iの範囲内にあるときは、外気をそのまま給気とすることが可能である。このため、排気用ダンパ30を全開にし、第1還気導入用ダンパ221および第2還気導入用ダンパ229を閉じ、外気導入用ダンパ222を全開にすることで、外気導入比率が100%になるように、空調制御内容設定部253により、制御内容が決定される。またこのときは、加湿器224による加湿処理、および冷却コイル225による混合した空気の冷却処理は行われない。
現在の外気の状態が領域IIの範囲内にあるときは、外気に還気を混合することで外気温度を加温するとともに加湿を行うように制御内容が決定される。具体的には、第2還気導入用ダンパ229を閉じた上で、排気用ダンパ30、第1還気導入用ダンパ221、および外気導入用ダンパ222の開度が外気導入比率に応じて0〜100%の間で調整されるとともに、加湿器224により必要量の加湿が行われるように、空調制御内容設定部253により、制御内容が決定される。
X = Xo×α + Xr×(1 - α) 式(7)
α = (Tr2 - Ts0)/(Tr2 - To)×100(%) 式(8)
現在の外気の状態が領域IIIの範囲内にあるときは、外気に還気を混合することで外気温度を加温するように制御内容が決定される。具体的には、排気用ダンパ30、第1還気導入用ダンパ221または第2還気導入用ダンパ229(このとき一方は閉じる)、および外気導入用ダンパ222の開度が外気導入比率に応じて0〜100%の間で調整されるように、空調制御内容設定部253により、制御内容が決定される。
α = (Tr - Ts0)/(Tr - To)×100(%) 式(9)
このとき、加湿器224による加湿処理、および冷却コイル225による冷却処理は行われない。
現在の外気の状態が領域IVの範囲内にあるときは、外気に加湿を行うように制御内容が決定される。具体的には、排気用ダンパ30を全開にし、第1還気導入用ダンパ221および第2還気導入用ダンパ229を閉じ、外気導入用ダンパ222を全開にすることで、外気導入比率が100%にされるとともに、加湿器224により必要量の加湿が行われるように、空調制御内容設定部253により、制御内容が決定される。
現在の外気の状態が領域Vの範囲内にあるときは、還気を冷却するように制御内容が決定される。具体的には、排気用ダンパ30および第2還気導入用ダンパ229を閉じ、第1還気導入用ダンパ221を全開にし、外気導入用ダンパ222を閉じることで、外気導入比率が0%にされるとともに、冷却コイル225により冷却処理が行われるように、空調制御内容設定部253により、制御内容が決定される。このとき、加湿器224による加湿処理は行われない。
現在の外気の状態が領域VIの範囲内にあるときは、外気を冷却するように制御内容が決定される。すなわち、図4に示すように、P3→P1となるように制御内容が決定される。具体的には、図5に示すように、第1還気導入用ダンパ221および第2還気導入用ダンパ229を閉じ、排気用ダンパ30および外気導入用ダンパ222を全開にすることで、外気導入比率が100%にされるとともに、外気(P3)が冷却コイル225により冷却処理が行われるように、空調制御内容設定部253により、制御内容が決定される。このとき、加湿器224による加湿処理は行われない。
現在の外気の状態が領域VIIの範囲内にあるときは、外気を冷却、除湿し、さらに、冷却、除湿された外気が還気と混合されるように制御内容が決定される。すなわち、図6に示すように、導入された外気(P3)を冷却、除湿した冷却後の外気(P3’)を還気(P2)と混合して、目標の領域I内の空気状態をもつ給気(P1)となるように制御内容が決定される。具体的には、図7に示すように、第1還気導入用ダンパ221を閉じ、排気用ダンパ30、第2還気導入用ダンパ229、および外気導入用ダンパ222を開くが、排気用ダンパ30、第2還気導入用ダンパ229、および外気導入用ダンパ222の開度は外気導入比率に応じて0〜100%の間で調整されるように、空調制御内容設定部253により、制御内容が決定される。
環境センサ28により外気に多くの煙や粉塵が含まれることが計測された場合、外気を導入するとフィルタ223等の劣化を招くため、外気の温度・湿度の状態にかかわらず、還気を冷却するように制御内容が決定される。具体的には、排気用ダンパ30および第2還気導入用ダンパ229を閉じ、第1還気導入用ダンパ221を全開にし、外気導入用ダンパ222を閉じることで、外気導入比率が0%にされるとともに、導入された還気に対し冷却コイル225により冷却処理が行われるように、空調制御内容設定部253により、制御内容が決定される。このとき、加湿器224による加湿処理は行われない。
E = gcol(Fs × (αHo + (1-α)Hr − Hs))
+ gfan(Fs)
+ ghum(Fw) 式(10)
ここで、
Fs:給気流量
Fw:加湿用水量
α:外気導入比率
Ho:外気比エンタルピ
Hr:還気比エンタルピ
Hs:給気比エンタルピ
gcol:コイル冷却量と冷却コイル消費エネルギーの関係を示す関数
gfan:給気流量とファン消費エネルギーの関係を示す関数
ghum:加湿用水量と加湿器消費エネルギーの関係を示す関数
である。
Fs = Q /C /(Tr - Ts0) 式(11)
Q = Fs ×C ×(Tr - Ts) 式(12)
ここで、
Q:空調対象負荷
Fs:給気流量値
C:空気比熱
Tr:還気温度計測値
Ts:給気温度計測値
である。
10…サーバ室
11…コールドエリア
12…サーバラック
14…ホットエリア
20…空調装置
21…還気ダクト
22…室内ユニット
23…室外ユニット
24…給気ダクト
25…空調制御部
26…外気温度センサ
27…外気湿度センサ
28…環境センサ
29…還気温度センサ
30…排気用ダンパ
221…第1還気導入用ダンパ
222…外気導入用ダンパ
223…フィルタ
224…加湿器
225…冷却コイル
226…給気ファン
227…給気温度センサ
228…給気湿度センサ
229…第2還気導入用ダンパ
251…給気目標範囲情報記憶部
252…外気温湿度計測値取得部
253…空調制御内容設定部
254…機器制御部
Claims (5)
- 空調制御対象の還気を通す還気ダクトと、
外気または前記還気のすくなくとも一つを導入し、前記空調制御対象に給気として排出する室内ユニットと、
空調制御部とを具備し、
前記室内ユニットは、前記外気を導入する外気導入部および冷却器を有する第1空間と、
前記空調制御対象からの還気を導入する還気導入部を有する第2空間を備え、
前記空調制御部が前記空調制御対象に対し空調制御が必要であると判断した場合に、
外気を前記外気導入装置を経由して前記第1空間に導入し、この第1空間では前記冷却器で冷却、除湿の少なくとも一つを行い処理済外気とし、
還気を前記還気導入部を経由して前記第2空間に導入し、この第2空間で前記処理済外気と前記還気とを混合することにより、前記空調制御対象に前記給気として排出し、
前記空調制御部は、
外気の状態が、予め設定された温度および絶対湿度および相対湿度の目標範囲の絶対湿度の上限値超、且つ、前記目標範囲の絶対湿度の上限値および還気温度に対応するエンタルピの値以下となる空気状態範囲に該当すると判定したときに、前記空調制御対象に対し空調制御が必要であると判断し、
前記目標範囲は、消費エネルギーが最小となるように算出される、
空調装置。 - 前記空調制御部は、
外気の空気状態が、前記目標範囲の絶対湿度の上限値未満、且つ、前記目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応するエンタルピ範囲の上限値超、且つ、還気温度以下、且つ、前記目標範囲の温度上限値超である空気状態範囲に該当すると判定したときにも、前記空調制御対象に対し空調制御が必要であると判断し、この場合には、前記の空調制御に代えて、前記外気導入装置から前記第1空間に外気を導入し、この第1空間では前記冷却器で冷却を行い処理済外気とし、該処理済外気を、前記空調制御対象に前記給気として排出する
請求項1に記載の空調装置。 - 前記空調制御部は、1日の内に複数回、外気温度、外気湿度、および還気温度の各計測値を取得し、各計測値の取得に応じて、空調制御が必要か判断する
請求項1または2に記載の空調装置。 - サーバ室を備え、
前記空調対象空間は、前記サーバ室内の空間であって、前記サーバ室は、分離された第3空間と第4空間とを有し、前記第3空間と前記第4空間との間にサーバが設置され、前記第3空間に流入した給気が前記サーバの発熱により加熱されて前記第4空間を経由して還気として流出するように構成されている
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の空調装置。 - 空調制御対象の還気を通す還気ダクトと、外気または前記還気のすくなくとも一つを導入し、前記空調制御対象に給気として排出する室内ユニットと、空調制御部とを具備し、前記室内ユニットが、前記外気を導入する外気導入部および冷却器を有する第1空間と、前記空調制御対象からの還気を導入する還気導入部を有する第2空間を備える空調装置の空調制御部が、
前記空調制御対象に対し空調制御が必要と判断した場合に、
外気を前記外気導入装置を経由して前記第1空間に導入し、この第1空間では前記冷却器で冷却、除湿の少なくとも一つを行い処理済外気とし、
還気を前記還気導入部を経由して前記第2空間に導入し、この第2空間で前記処理済外気と前記還気とを混合することにより、前記空調制御対象に前記給気として排出するようにし、
前記空調制御部が、
外気の状態が、予め設定された温度および絶対湿度および相対湿度の目標範囲の絶対湿度の上限値超、且つ、前記目標範囲の絶対湿度の上限値および還気温度に対応するエンタルピの値以下となる空気状態範囲に該当すると判定したときに、前記空調制御対象に対し空調制御が必要であると判断し、
前記目標範囲は、消費エネルギーが最小となるように算出される、
空調制御方法。
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