JP6137528B2 - データセンターの構造、およびデータセンターの空調方法 - Google Patents

Description

本発明は、データセンターの構造、およびデータセンターの空調方法に関する。さらに詳細には、本発明は、ホットアイル・コールドアイル方式の空調システムを備えたデータセンターの構造、およびホットアイル・コールドアイル方式のデータセンターの空調方法に関するものである。

データセンターのサーバー室では、並列配置された複数のラックに収容された多数のサーバーを効率良く冷却することが求められる。従来、ホットアイル・コールドアイル方式の空調システムとして、空調機から供給された冷却空気を床吹出口から上方へ吹き出すとともに天井吸込口から高温空気を吸い込んで空調機へ還流させる方式、すなわち床吹出し・天井吸込み方式の空調システムが知られている。

具体的に、床吹出し・天井吸込み方式の空調システムでは、空調機から床下チャンバに供給された冷却空気が、例えば床給気パネルに形成された開口部を介して上方へ吹き出され、ラック間のコールドアイルに冷温領域を形成する。コールドアイルの冷却空気は、ラック内のサーバーを冷却した後に、サーバーから高温空気として排出される。ラック内のサーバーからホットアイルへ排出された高温空気は、ホットアイルの上方において間隔を隔てて配置された天井吸込口から吸い込まれて空調機へ還流する。

従来の構成では、天井吸込口により吸い込み切れない高温空気が、天井面に沿った下側空間に留まり、やがてコールドアイルへ拡散する。その結果、コールドアイルの冷温領域の温度が上昇し、ラック内のサーバーを十分に冷却することが困難になる。この現象は、ホットアイルを挟む一方のラック内のサーバーの発熱量と他方のラック内のサーバーの発熱量との差が大きくなるほど顕著に発生する。

この場合、天井面に沿った下側空間に留まった高温空気がコールドアイルへ拡散しないようにコールドアイルへの冷却空気の供給量を増大させると、過剰に供給された冷却空気がラック内のサーバーの冷却に利用されることなく、ホットアイルからの高温空気と混ざり合って天井吸込口から吸い込まれて空調機へ還流する。その結果、冷却空気の有効活用ができないだけでなく、空調機において余分なファン動力が必要になる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、ホットアイルから上昇した高温空気をコールドアイルへ拡散させることなく空調機へ確実に還流させることのできるデータセンターの構造およびデータセンターの空調方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、ホットアイル・コールドアイル方式の空調システムを備えたデータセンターの構造であって、
空調機から供給された冷却空気を上方へ吹き出してラック間のコールドアイルに冷温領域を形成する床吹出口が設けられた床と、
ラック内の装置を経て、ラック間のホットアイルであって前記コールドアイルと物理的に区画されていない前記ホットアイルに形成される高温空気を排出するために、少なくとも前記ホットアイルを覆う領域に亘って延在するように天井開口部が設けられた天井とを備え、
前記天井は、少なくとも前記コールドアイルを覆う領域に亘って延在するように設けられ、
前記天井開口部は、前記ホットアイルの上部から、その両側のラックの前記コールドアイル側の端部に近い位置の上部まで連続的に延びるとともに、ラックの長手方向に沿って一方の側の内壁から他方の側の内壁まで連続的に延びていることを特徴とするデータセンターの構造を提供する。

本発明の第２形態では、ホットアイル・コールドアイル方式のデータセンターの空調方法であって、
空調機から供給された冷却空気を床吹出口から上方へ吹き出してラック間のコールドアイルに冷温領域を形成することと、
ラック内の装置を経て、ラック間のホットアイルであって前記コールドアイルと物理的に区画されていない前記ホットアイルに形成される高温空気を、前記ホットアイルを覆う領域に亘って延在するように設けられた天井開口部から排出することとを含み、
前記天井開口部が設けられた天井は、少なくとも前記コールドアイルを覆う領域に亘って延在するように設けられ、
前記天井開口部は、前記ホットアイルの上部から、その両側のラックの前記コールドアイル側の端部に近い位置の上部まで連続的に延びるとともに、ラックの長手方向に沿って一方の側の内壁から他方の側の内壁まで連続的に延びていることを特徴とする空調方法を提供する。

本発明では、ホットアイルを覆う領域に亘って延在するように天井開口部が設けられているので、ホットアイルからの高温空気が天井開口部を介して天井の上側空間まで自然に上昇する。天井の上側空間まで上昇した高温空気は、天井により下降することが遮られてコールドアイルへ拡散することはなく、確実に空調機へ還流する。すなわち、本発明では、ホットアイルから上昇した高温空気をコールドアイルへ拡散させることなく空調機へ確実に還流させることができる。

本発明の実施形態にかかるデータセンターの構造を概略的に示す平面図である。 図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図１の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 従来技術にかかるデータセンターの構造を概略的に示す平面図である。 図４の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。 図４の線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。 ホットアイルとコールドアイルとを物理的に区画した例を示す図である。 天井を全く設けない構造の不都合を説明する図である。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるデータセンターの構造を概略的に示す平面図である。図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。図３は、図１の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。本実施形態では、一例として、データセンターのサーバー室の構造およびその空調方法に対して本発明を適用している。

本実施形態にかかるデータセンターでは、複数のラック（サーバーラック）が並列に配置されている。図１では、単純な構成例として、２列に配置されたラック１１ａおよび１１ｂが示されている。ラック１１ａ，１１ｂには、図示を省略した多数のサーバーが縦横に収容されている。ＩＴ機器としてのサーバーは、前面から空気を吸い込んでプロセッサなどの内部部品を冷却し、背面から排気する構造になっている。

一般に、ホットアイル・コールドアイル方式のサーバー室では、各ラックにおいてすべてのサーバーの前面が同じ側を向くように収容される。また、隣り合う一対のラックにおいて、一方のラックに収容されたサーバーの前面（または背面）と他方のラックに収容されたサーバーの前面（または背面）とが向き合うように配置される。

図１に示す構成例では、ラック１１ａに収容されたサーバーの背面と、ラック１１ｂに収容されたサーバーの背面とが向き合うように設置されている。以下、収容されているサーバーの前面側をラックの前面側といい、サーバーの背面側をラックの背面側という。この場合、図３に示すように、ラック１１ａと１１ｂとの間の空間（図中破線の楕円で示す）がホットアイル１２であり、ラック１１ａ，１１ｂの前面側の空間（図中破線の楕円で示す）がコールドアイル１３である。

すなわち、ホットアイル１２はサーバーから排出される暖気が集まる空間であり、コールドアイル１３はサーバーが吸引する冷気を集める空間である。ホットアイル・コールドアイル方式では、並列配置された複数のラックの間にホットアイルとコールドアイルとが交互に形成され、室内空間がホットアイルとコールドアイルとに明確に区分けされている。その結果、空調機からの冷却空気が効率良くサーバーに供給されるので、サーバー室内の冷却効率が向上し、空調機の消費電力が削減される。

具体的に、本実施形態にかかるデータセンターは、コールドアイル１３の下方において間隔を隔てて配置された複数の床吹出口１ａが設けられた床１と、コールドアイル１３を覆う領域に亘って延在するように設けられた天井２とを備えている。すなわち、天井２には、ホットアイル１２を覆う領域に亘って延在するように天井開口部２ａが設けられている。

本実施形態では、空調機１４から床下チャンバ１５に供給された冷却空気が、床吹出口１ａを介して上方へ吹き出され、コールドアイル１３に冷温領域を形成する。床吹出口１ａは、例えば床給気パネルに形成された開口部として構成されている。コールドアイル１３の冷却空気は、ラック１１ａ，１１ｂ内のサーバーを冷却した後に、サーバーから高温空気として排出される。

ラック１１ａ，１１ｂ内のサーバーからホットアイル１２へ排出された高温空気は、ホットアイル１２を覆う領域に亘って延在するように設けられた天井開口部２ａを介して天井２よりも上側の空間へ上昇する。天井開口部２ａを介して天井２の上側空間へ上昇した高温空気の一部は、鉛直方向に対して傾斜配置された第１整流板３ａによりラック１１ａ，１１ｂの長手方向（図２中の水平方向）に沿って一方の向き（図２中の左側）へ導かれる。第１整流板３ａにより図２中の左側へ導かれた高温空気は、空調機１４へ還流する。

天井開口部２ａを介して天井２の上側空間へ上昇した高温空気の残部は、第１整流板３ａと逆向きに傾斜配置された第２整流板３ｂによりラック１１ａ，１１ｂの長手方向に沿って他方の向き（図２中の右側）へ導かれる。第２整流板３ｂにより図２中の右側へ導かれた高温空気は、図示を省略した経路に沿って空調機１４へ還流するか、あるいは空調機１４とは別の空調機（不図示）へ還流する。なお、図１および図３では、図面の明瞭化のために、ホットアイル１２の上方に設けられた整流板３ａ，３ｂの図示を省略している。

以下、本実施形態の作用効果の理解を容易にするために、図４、図５および図６を参照して、従来技術における不都合を説明する。従来技術にかかる図４〜図６は、本実施形態にかかる図１〜図３にそれぞれ対応している。すなわち、図４は、従来技術にかかるデータセンターの構造を概略的に示す平面図である。図５は、図４の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。図６は、図４の線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。図４〜図６において本実施形態の構成要素に対応する要素には、図１〜図３と同じ参照符号を付している。

従来の構成では、複数の天井吸込口２ｂが、ホットアイル１２の上方において間隔を隔てて設けられている。換言すれば、本実施形態ではホットアイル１２を覆う領域に亘って延在するように天井開口部２ａが設けられているのに対し、従来の構成ではホットアイル１２の上方において間隔を隔てて複数の天井吸込口２ｂが設けられている。したがって、従来の構成では、天井吸込口２ｂにより吸い込み切れない高温空気が、天井面に沿った下側空間に留まり、やがてコールドアイル１３へ拡散する（図６の左側部分を参照）。

その結果、コールドアイル１３の冷温領域の温度が上昇し、ラック１１ａ，１１ｂ内のサーバーを十分に冷却することが困難になる。この現象は、ホットアイル１３を挟む一方のラック１１ａ内のサーバーの発熱量と他方のラック１１ｂ内のサーバーの発熱量との差が大きくなるほど顕著に発生する。図６では、ラック１１ａ内のサーバーが高発熱でラック１１ｂ内のサーバーが低発熱の場合を例示している。

この場合、天井面に沿った下側空間に留まった高温空気がコールドアイル１３へ拡散しないようにコールドアイル１３への冷却空気の供給量を単に増大させると、過剰に供給された冷却空気がラック１１ａ，１１ｂ内のサーバーの冷却に利用されることなく、ホットアイル１２からの高温空気と混ざり合って天井吸込口２ｂから吸い込まれて空調機１４へ還流する（図６の右側部分を参照）。その結果、冷却空気の有効活用ができないだけでなく、空調機１４において余分なファン動力が必要になる。

ホットアイル１２からの高温空気がコールドアイル１３へ拡散すること、およびコールドアイル１３へ過剰に供給された冷却空気がホットアイル１２からの高温空気と混ざり合って天井吸込口２ｂから吸い込まれることを防止するために、図７に示すようにホットアイル１２とコールドアイル１３とを物理的に区画する区画壁１６を付設する手法も考えられる。しかしながら、この手法では、ラック１１ａ，１１ｂの設置後に区画壁１６のための追加工事を行う必要があり、コストが増大するだけでなく工期が長くなってしまうという不都合がある。

本実施形態では、ホットアイル１２を覆う領域に亘って延在するように天井開口部２ａが設けられているので、ホットアイル１２からの高温空気が自ら上昇気流を形成し、その上昇気流の作用により高温空気が天井開口部２ａを介して天井２の上側空間まで自然に上昇する。天井２の上側空間まで上昇した高温空気は、天井２により下降することが遮られてコールドアイル１３へ拡散することはなく、確実に空調機１４へ還流する。ちなみに、図８に示すように天井を全く設けない構造では、ホットアイル１２から自然に上昇した高温空気が、やがて下降してコールドアイル１３へ拡散してしまう。

すなわち、本実施形態では、ホットアイル１２の上方を天井２が覆っていないので、ホットアイル１２から自然に上昇した高温空気は天井２に遮られることがなく、ひいては天井面に沿った下側空間に留まってコールドアイル１３へ拡散することがない。また、天井２がコールドアイル１３を覆う領域に亘って延在するように設けられているので、天井２の上側空間まで上昇した高温空気は天井２により遮られて下降することがなく、コールドアイル１３へ拡散することがない。

このように、本実施形態では、ホットアイル１２とコールドアイル１３とを物理的に区画しなくても機能的に区画することができるので、ホットアイル１２から上昇した高温空気をコールドアイル１３へ拡散させることなく空調機１４へ確実に還流させることができる。

なお、上述の実施形態では、ホットアイル１２の上方に一対の整流板３ａ，３ｂを設けている。しかしながら、一対の整流板３ａ，３ｂは本発明に必須の構成ではなく、その設置を省略することもできる。

また、上述の実施形態では、データセンターのサーバー室における空調に対して本発明を適用している。しかしながら、サーバー室に限定されることなく、サーバー以外の各種のＩＴ機器（コンピュータ装置、データ通信装置、無停電装置など）を収容する複数のラックが並列配置されたホットアイル・コールドアイル方式の室内空間における空調に対しても同様に本発明を適用することができる。

１ 床
１ａ 床吹出口
２ 天井
２ａ 天井開口部
３ａ，３ｂ 整流板
１１ａ，１１ｂ ラック
１２ ホットアイル
１３ コールドアイル
１４ 空調機
１５ 床下チャンバ

Claims (4)

1. ホットアイル・コールドアイル方式の空調システムを備えたデータセンターの構造であって、
   空調機から供給された冷却空気を上方へ吹き出してラック間のコールドアイルに冷温領域を形成する床吹出口が設けられた床と、
   ラック内の装置を経て、ラック間のホットアイルであって前記コールドアイルと物理的に区画されていない前記ホットアイルに形成される高温空気を排出するために、少なくとも前記ホットアイルを覆う領域に亘って延在するように天井開口部が設けられた天井とを備え、
   前記天井は、少なくとも前記コールドアイルを覆う領域に亘って延在するように設けられ、
   前記天井開口部は、前記ホットアイルの上部から、その両側のラックの前記コールドアイル側の端部に近い位置の上部まで連続的に延びるとともに、ラックの長手方向に沿って一方の側の内壁から他方の側の内壁まで連続的に延びていることを特徴とするデータセンターの構造。
2. 前記天井開口部を介して上昇した高温空気をラックの長手方向に沿って一方の向きへ導くために鉛直方向に対して傾斜配置された第１整流板と、前記天井開口部を介して上昇した高温空気をラックの長手方向に沿って他方の向きへ導くために前記第１整流板と逆向きに傾斜配置された第２整流板とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のデータセンターの構造。
3. ホットアイル・コールドアイル方式のデータセンターの空調方法であって、
   空調機から供給された冷却空気を床吹出口から上方へ吹き出してラック間のコールドアイルに冷温領域を形成することと、
   ラック内の装置を経て、ラック間のホットアイルであって前記コールドアイルと物理的に区画されていない前記ホットアイルに形成される高温空気を、前記ホットアイルを覆う領域に亘って延在するように設けられた天井開口部から排出することとを含み、
   前記天井開口部が設けられた天井は、少なくとも前記コールドアイルを覆う領域に亘って延在するように設けられ、
   前記天井開口部は、前記ホットアイルの上部から、その両側のラックの前記コールドアイル側の端部に近い位置の上部まで連続的に延びるとともに、ラックの長手方向に沿って一方の側の内壁から他方の側の内壁まで連続的に延びていることを特徴とする空調方法。
4. 前記天井開口部を介して上昇した高温空気を鉛直方向に対して傾斜配置された第１整流板によりラックの長手方向に沿って一方の向きへ導くことと、前記天井開口部を介して上昇した高温空気を前記第１整流板と逆向きに傾斜配置された第２整流板によりラックの長手方向に沿って他方の向きへ導くこととをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の空調方法。

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