JP6267142B2 - 空調システム、建物及びデータセンター - Google Patents

Description

本発明は、空調システム、建物及びデータセンターに関する。

従来、多数のサーバ装置が設置されたデータセンター等の建物においては、サーバ装置を安定して稼働させるため、当該サーバ装置が設置されたサーバ室内の温度を均一に保つ空調システムが設けられている（例えば特許文献１参照）。このような空調システムでは、サーバ室内の空気を建物内で循環させながら当該空気の温度を調整して、サーバ室に供給するようになっている。

特開２０１０−１９０４９４号公報

ところで、サーバ装置はほぼ一定の温度下に常に置いておく必要があるだけでなく、湿度もほぼ一定にしておかなければならない。一般的な加湿装置をサーバ室内に設けることも考えられるが、より効率的な運用を可能とする加湿装置の設置が望まれている。

本発明の課題は、室内の温度及び湿度をそれぞれ所定範囲内で安定させるための効率的な加湿環境を実現することである。

以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、
建物内の物品が収納された収納室の温度を調整する空調システムにおいて、
冷媒を循環させることで前記収納室の室温を調整する温度調整装置と、
前記収納室から排出される空気に対して加湿し、当該加湿された空気を前記収納室に送る加湿装置と、を備えることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の空調システムにおいて、
前記加湿装置は、前記収納室から排出された空気を、貯留された水中に送ることで加湿する第一加湿部を備えることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の空調システムにおいて、
前記加湿装置は、前記収納室から排出された空気を、流れる水に沿うように送ることで加湿する第二加湿部を備えることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空調システムにおいて、
前記冷媒を冷やす冷却装置と、
前記収納室に対して外気を取り込む換気装置と、
前記温度調整装置、前記冷却装置及び前記換気装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、一日を第一の時間帯と、前記第一の時間帯よりも外気温が低くなる第二の時間帯とに分類し、前記第一の時間帯では前記換気装置及び前記冷却装置を停止させた状態で前記温度調整装置を駆動させて前記収納室の室温を調整し、前記第二の時間帯では前記温度調整装置を停止させた状態で前記換気装置を駆動させ前記収納室に対して外気を取り込むとともに、前記冷却装置を駆動させ前記冷媒を冷やすことを特徴としている。

請求項５記載の発明に係る建物は、
物品が収納された収納室と、
冷媒を循環させることで前記収納室の室温を調整する温度調整装置と、
前記収納室から排出される空気に対して加湿し、当該加湿された空気を前記収納室に送る加湿装置と、を備えることを特徴としている。

請求項６記載の発明に係るデータセンターは、
サーバ装置が収納されたサーバ室と、
冷媒を循環させることで前記サーバ室の室温を調整する温度調整装置と、
前記サーバ室から排出される空気に対して加湿し、当該加湿された空気を前記サーバ室に送る加湿装置と、を備えることを特徴としている。

本発明によれば、室内の温度及び湿度をそれぞれ所定範囲内で安定させるための効率的な加湿環境を実現することができる。

本実施形態に係るデータセンターの概略構成を示す説明図である。 本実施形態に係る空調システムの主制御構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る第二加湿部の概略構成を示す説明図である。 本実施形態に係る第二加湿部の二階部分における配置例を示す平面図である。 本実施形態に係る第一加湿部の平面的なレイアウトを示す模式図である。 本実施形態に係る換気装置の概略構成を示す模式図である。 本実施形態に係る温度調整処理の流れを示すフローチャートである。

以下に本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。以下、図面を参照しながら、この発明の一実施形態について詳しく説明する。

［１．データセンターの構成の説明］
まず、本実施形態に係る建物としてのデータセンター１００の構成について説明する。図１は、データセンター１００の概略構成を示す説明図である。図２は、データセンター１００に備わる空調システム１の主制御構成を示すブロック図である。図１に示すようにデータセンター１００は、例えば地下一階、地上３階の建物である。地下一階部分１０１には、冷媒としての水を貯留する冷水槽１０２と、加湿用の水を貯留する加湿用水槽１０３とが設けられている。一階部分１１１には、後述する冷却装置２の冷凍機２１が設置されている。

二階部分１１２には、複数のサーバ装置３１が収納されたサーバ室３と、サーバ室３内に対して外気を取り込む換気装置４とが設けられている。換気装置４は、二階部分１１２の外壁近傍に配置されている。三階部分１１３は、サーバ室３と連通していて、当該サーバ室３の空気を取り込むことで、サーバ装置３１から発生した熱を排熱する排熱エリアとなっている。屋上部分１１４には、冷却装置２の冷却塔２２が設置されている。

また、空調システム１には、図１及び図２に示すように、サーバ室３から排出される空気に対して加湿し、当該加湿した空気をサーバ室３に送る加湿装置５が設けられている。加湿装置５には、第一加湿部６と、第二加湿部７とが設けられている。

第一加湿部６は、サーバ室３から排出された空気を排熱エリアから取り込み、当該空気を加湿用水槽１０３に送ることで加湿するようになっている。具体的に、第一加湿部６には、排熱エリアから加湿用水槽１０３まで配された第一配管６１と、排熱エリアの空気を第一配管６１を介して加湿用水槽１０３まで送るポンプ６２と、加湿用水槽１０３からサーバ室３まで配された第二配管６３と、加湿用水槽１０３の空気を第二配管６３を介してサーバ室３まで送るダンパ６４とが設けられている。

第一配管６１の加湿用水槽１０３側の端部は、加湿用水槽１０３の水中に配置されている。他方、第二配管６３の加湿用水槽１０３側の端部は、加湿用水槽１０３の水面よりも上に配置されている。第一配管６１を通った空気は、加湿用水槽１０３の水中を通過することで加湿されて水上に浮き上がり、第二配管６３を通過することによってサーバ室３まで送られることになる。

図３は、第二加湿部７の概略構成を示す説明図である。図３に示すように、第二加湿部７の内部には、第一室７１と、第一室に隣接する第二室７２とが設けられている。

第一室７１は上下方向に沿う空間を有しており、その上端部には第一室７１から外部への空気の流量を調整するための第一ダンパ７３が設置されている。また第一室７１の上部側面には、排熱エリアから第一室７１への空気の流量を調整するための第二ダンパ７４が設置されている。第一室７１の下部には開口７５が設けられており、これにより第一室７１と第二室７２とが連通している。

第二室７２は、上下方向に沿う空間を有しており、その上部側面には、サーバ室３に空気を送るためのファン部７６が設けられている。また、第二室７２内の天井部には、水を噴霧して第二室７２内に供給する給水部７７が設けられている。給水部７７の下方には、給水部７７から噴霧された水の流路７８が形成されている。

流路７８は、例えば親水性を有する複数の板材７９により形成されている。複数の板材７９は上下方向に蛇腹状となるように配置されている。各板材７９の上端部は壁面に当接していて、下端部は、隣り合う板材７９の上端部から離間して配置されている。これにより、給水部７７から供給された水滴は、最も上の板材７９から、順次下方の板材７９に落下しながら、全ての板材７９の表面に沿って流れ落ちていく（図３中、矢印Ｙ１参照）。

また、ファン部７６が駆動すると、第一室７１内の空気は、開口７５を介して第二室７２に移動して、各板材７９がなす隙間を通りながらファン部７６に到達し（図３中、矢印Ｙ２参照）、サーバ室３に送られる。この際、流路７８を流れる水に空気が晒されるために、空気が加湿される。

図４は、第二加湿部７の二階部分１１２における配置例を示す平面図である。第一室７１及び第二室７２は、二階部分１１２の各角部に配置されており、第一室７１の方が第二室７２よりも外側に配置されている。

図５は、第一加湿部６の平面的なレイアウトを示す模式図である。なおこの図５においては第二加湿部７の全体的なレイアウトを上方から見た図であり、全ての階層の構成を含んで示している。第一加湿部６の第一配管６１は、一端部が第一室７１に設けられ、他端部が加湿用水槽１０３に設けられており、第一室７１を介して排熱エリアに連通している。第一配管６１の途中位置にはポンプ６２が設けられている。第一加湿部６の第二配管６３は、加湿用水槽１０３から延びてサーバ室３内に配されている。第二配管６３におけるサーバ室３内に配された部分には、複数のダンパ６４が所定の間隔を空けて設けられている。

なお、第二加湿部７の給水部７７は、一端部が第二室７２に設けられ、他端部が加湿用水槽１０３に設けられた配管７７１と、配管７７１の途中位置に設けられたポンプ７７２とが設けられている。つまり、給水部７７から第二室７２に給水される水は加湿用水槽１０３から供給される。

また、空調システム１には、冷水槽１０２に貯留された水を循環させることでサーバ室３の室温を調整する温度調整装置８が設けられている。温度調整装置８には、サーバ室３内に配置された冷却コイル８１と、冷水槽１０２から冷却コイル８１まで配された第三配管８２と、冷却コイル８１から冷水槽１０２まで配された第四配管８３と、冷水槽１０２の水が第三配管８２、冷却コイル８１及び第四配管８３という順でこれらを通過し、冷水槽１０２まで循環するように、冷水槽１０２の水を吸引するポンプ８４とが設けられている。冷水槽１０２の水が冷却コイル８１に到達すると、冷却コイル８１の周囲の空気が冷やされる。この冷やされた空気を用いることで、サーバ室３の室温を一定温度に保つことができる。

第三配管８２の吸水口と、第四配管８３の排水口とは、冷水槽１０２で離れた位置に配置されている。循環後に暖まった水が第四配管８３から排水されたとしても、すぐさま第三配管８２に吸水されないために、冷却コイル８１には排水の影響の少ない水が送られることになる。

空調システム１に備わる冷却装置２は、冷凍サイクルにより冷水槽１０２内の水を冷やすものであり、冷凍機２１及び冷却塔２２を備えている。冷凍機２１には、冷水槽１０２の水を吸水するための第五配管２３と、冷水槽１０２に排水するための第六配管２４とが取り付けられている。第五配管２３の吸水口は第四配管８３の排水口近傍に配置されている。第六配管２４の排水口は第三配管８２の吸水口近傍に配置されている。冷却装置２は、第五配管２３から取り込んだ水を所定温度に冷却して、第六配管２４から冷水槽１０２に排水するようになっている。

また、冷凍機２１には、冷却塔２２まで配された第七配管２５及び第八配管２６が設けられており、この第七配管２５及び第八配管２６を介して、冷凍機２１内の冷却水を冷却塔２２まで循環させることで、一時的に温まった冷却水を冷却塔２２で冷やして冷凍機２１へ循環できるようになっている。

図１及び図４に示すように空調システム１に備わる換気装置４は、二階部分１１２の外壁近傍に配置されている。図６は、換気装置４の概略構成を示す模式図である。図６に示すように、換気装置４は、外気の流路を開閉するためのシャッター部４１と、流路を通過するように外気をサーバ室３内に送風するファン部４２と、流路を覆うように配置され、通気性を有する微細メッシュネット４３とを備えている。

具体的にシャッター部４１は、二階部分１１２の外壁に設けられた開口に対して取り付けられており、この開口を開閉することで外気の流路を開閉するようになっている。なお、シャッター部４１とは閉塞時に完全に外気の通過を遮蔽するものであり、例えば重量シャッターなどが挙げられる。

ファン部４２は、複数のファン４２１を備えており、これらがシャッター部４１よりも内側に配置されている。複数のファン４２１が駆動することによって外気を室内へと送る気流が発生する。

微細メッシュネット４３は、シャッター部４１とファン部４２との間に配置されている。微細メッシュネット４３の各孔径は０．２〜０．６ｍｍが好ましく、さらには０．２５〜０．５ｍｍであることが好ましい。この微細メッシュネット４３を外気が通過することで、通過後の空気の流れが面方向で均一化されることになる。さらに、虫や埃の侵入も防止することができる。

また、図２に示すように、空調システム１には、当該空調システム１に設けられた各駆動部を制御する制御装置９が設けられている。具体的には、制御装置９は、第一加湿部６のポンプ６２及びダンパ６４と、第二加湿部７の第一ダンパ７３、第二ダンパ７４、ファン部７６及び給水部７７と、換気装置４のシャッター部４１及びファン部４２と、温度調整装置８のポンプ８４と、冷却装置２の冷凍機２１及び冷却塔２２とに電気的に接続されていて、これらを統括的に制御するようになっている。

制御装置９は、一日を第一の時間帯（昼間）と、第一の時間帯よりも外気温が低くなる第二の時間帯（夜間）とに分類し、第一の時間帯では換気装置４及び冷却装置２を停止させた状態で温度調整装置８を駆動させてサーバ室３の室温を調整する。他方、第二の時間帯では、制御装置９は、温度調整装置８を停止させた状態で換気装置４を駆動させサーバ室３に対して外気を取り込むとともに、冷却装置２を駆動させ冷水槽１０２内の水を冷やすようになっている。

なお第一の時間帯と、第二の時間帯との区別は上述したように単に時間で区切っても良いし、外気温が所定温度よりも高い温度となる時間帯を第一の時間帯とし、外気温が所定温度以下となる時間帯を第二の時間帯としてもよい。この所定温度とは、サーバ装置３１を安定して稼働させるための温度の上限値である。

［２．動作の説明］
次に、制御装置９によるデータセンター１００の温度調整処理の具体例について説明する。図７は温度調整処理の流れを示すフローチャートである。

図７に示すように、温度調整処理が開始されると、制御装置９は、第一加湿部６が正常であるか否かを判断し（ステップＳ１）、正常であると判断した場合にはステップＳ２に移行し、正常でないと判断した場合にはステップＳ３に移行する。

ステップＳ２では、制御装置９は第一加湿部６を駆動させる。具体的には制御装置９は、ポンプ６２を駆動させて排熱エリアの空気を第一室７１を介して加湿用水槽１０３まで送るとともに、ダンパ６４を開放させて加湿用水槽１０３の空気をサーバ室３に送る。このように送られた空気は、加湿用水槽１０３の水中を通過することで加湿されてサーバ室３まで送られることになる。

なお、このとき制御装置９は、第二加湿部７の第一ダンパ７３及び第二ダンパ７４を制御して、排熱エリアから第二ダンパ７４、第一室７１、第一配管６１を介して加湿用水槽１０３まで送られる空気の量と、排熱エリアから第二ダンパ７４、第一室７１及び第一ダンパ７３を通って外部へと排出される空気の量とが最適となるようにしている。

ステップＳ３では、制御装置９は第二加湿部７を駆動させる。具体的には制御装置９は、第一ダンパ７３を開状態、第二ダンパ７４を開状態としてから、給水部７７及びファン部７６を駆動させる。このときにおいても、制御装置９は、第二加湿部７の第一ダンパ７３及び第二ダンパ７４を制御して、排熱エリアから第二ダンパ７４を介して第一室７１まで送られる空気の量と、排熱エリアから第二ダンパ７４、第一室７１及び第一ダンパ７３を通って外部へと排出される空気の量とが最適となるようにしている。

給水部７７が駆動すると、水が最も上の板材７９に供給されて、順次下方の板材７９に落下しながら、全ての板材７９の表面に沿って流れ落ちる。また、ファン部７６が駆動すると、第二ダンパ７４を介して排熱エリアから第一室７１に供給された空気は、開口７５を介して第二室７２に移動して、各板材７９がなす隙間を通りながらファン部７６に到達し、サーバ室３に送られる。この際、流路７８を流れる水に空気が晒されるために、空気が加湿される。

次いで、制御装置９は、現在の時間帯が第一の時間帯であるか第二の時間帯であるかを判断し（ステップＳ４）、第一の時間帯である場合はステップＳ５に移行し、第二の時間帯である場合はステップＳ８に移行する。

ステップＳ５では、制御装置９は換気装置４を停止させる。具体的には制御装置９は、シャッター部４１を閉状態として、ファン部４２を停止させる。これにより、サーバ室３内に外気が進入しない状態となる。

ステップＳ６では、制御装置９は冷却装置２を停止させる。具体的には制御装置９は、冷凍機２１及び冷却塔２２を待機状態とする。これにより、冷凍機２１及び冷却塔２２の消費電力が大幅に低下する。

ステップＳ７では、制御装置９は温度調整装置８を駆動させることでサーバ室３の室温を調整する。具体的には制御装置９は、ポンプ８４を駆動させて、冷水槽１０２の水を第三配管８２、冷却コイル８１及び第四配管８３という順で通過させ、冷水槽１０２まで循環させる。冷水槽１０２の水が冷却コイル８１に到達すると、冷却コイル８１の周囲の空気が冷やされる。この冷やされた空気を用いることで、サーバ室３の室温を一定温度に保つことができる。

ステップＳ８では、制御装置９は温度調整装置８を停止させる。具体的には制御装置９はポンプ８４を停止させて、冷水槽１０２の水の循環を停止させる。

ステップＳ９では、制御装置９は冷却装置２を駆動させる。具体的には制御装置９は冷凍機２１及び冷却塔２２を駆動させることによって、冷水槽１０２の水を冷却する。第二の時間帯である夜間帯においては、電気料金が昼間よりも安く設定されているために安価な電力を用いて冷水槽１０２の水を冷却することができる。

ステップＳ１０では、制御装置９は換気装置４を駆動させることでサーバ室３の室温を調整する。具体的には制御装置９は、シャッター部４１を開状態として、ファン部４２を駆動させる。これにより、サーバ室３内に外気が進入し室温が所定温度以下となる。

ステップＳ７及びステップＳ１０後においては、処理はステップＳ４に移行するために、第一の時間帯の処理（ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ７）と、第二の時間帯の処理（ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０）とが繰り返されながら継続されることになる。

［３．効果］
以上のように、本実施形態によれば、第一の時間帯では換気装置４及び冷却装置２を停止させた状態で温度調整装置８を駆動させてサーバ室３の室温を調整するため、消費電力が冷却装置２よりも小さい温度調整装置８を稼働させるだけで、冷水槽１０２に貯留された水（冷媒）を用いてサーバ室３の室温を調整することができる。

他方、第二の時間帯では、温度調整装置８を停止させた状態で換気装置４を駆動させてサーバ室３に対して外気を取り込むことで、サーバ室３の室温を所定温度以下にすることができる。また、第二の時間帯では、冷却装置２を駆動させて冷水槽１０２の水を冷やしている。この第二の時間帯は、電気料金が昼間よりも安く設定されている夜間帯であるため、安価な電力を用いて冷水槽１０２の水を冷却することができる。

これらのことから、一日のうち電力使用量のピークを迎える時間帯（第一の時間帯）の消費電力を抑えつつも、一日全体で安定した温度調整が可能となる。したがって、消費電力の面からの社会貢献を図ることができる。

また、換気装置４には、外気の流路を開閉するためのシャッター部４１が備えられているので、シャッター部４１を開閉させるだけで大量の外気を取り込んだり閉塞したりすることができる。また、通気性を有する微細メッシュネット４３が外気の流路を閉塞するように配置されているので、微細メッシュネット４３を外気が通過することで、通過後の空気の流れを面方向で均一化させることができる。さらに、虫や埃の侵入も防止することができる。

また、加湿装置５がサーバ室３から排出される空気に対して加湿しているので、サーバ室３で暖まって飽和水蒸気量の大きくなった空気に対して加湿することができ、より多くの水蒸気を空気中に含ませることができる。そして、加湿された空気は、再度サーバ室３内に送られるため、サーバ室３内の空気を循環させつつ、湿度を安定させることができる。このように、温度調整装置８と加湿装置５とが設けられていることで、サーバ室３内の温度及び湿度をそれぞれ所定範囲内で安定させるための効率的な加湿環境を実現することができる。

また、加湿装置５には、サーバ室３から排出された空気を、貯留された水中に送ることで加湿する第一加湿部６が備えられているので、単に水中に空気を送るだけで簡単に加湿することができる。

また、加湿装置５は、サーバ室３から排出された空気を、流れる水に沿うように送ることで加湿する第二加湿部７が備えられているので、流れる水に沿うように空気を送るだけで簡単に加湿することができる。

さらに加湿系統が２系統備えられているため、一方が不具合を生じたとしても他方を用いれば加湿状態を維持することができ、長期にわたった運用が可能となる。

［４．その他］
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、サーバ室３を備えるデータセンター１００を建物の一例として説明したが、温度管理の必要な物品が収納された収納室を備えた建物であっても上述した構成を適用することも可能である。

また、上記実施形態の第二加湿部７では、サーバ室３から排出された空気を、流れる水に逆流するように送ることで加湿している場合を例示して説明したが、前記空気を流れる水に順流するように送ることで加湿することも可能である。いずれにしろ流れる水に沿うように空気を送るだけで簡単に加湿することができる。

１ 空調システム
２ 冷却装置
３ サーバ室（収納室）
４ 換気装置
５ 加湿装置
６ 第一加湿部
７ 第二加湿部
８ 温度調整装置
９ 制御装置
２１ 冷凍機
２２ 冷却塔
３１ サーバ装置
４１ シャッター部
４２ ファン部
４３ 微細メッシュネット
１００ データセンター（建物）
１０２ 冷水槽
１０３ 加湿用水槽

Claims (4)

1. 建物内の物品が収納された収納室の温度を調整する空調システムにおいて、
   冷媒を循環させることで前記収納室の室温を調整する温度調整装置と、
   前記収納室から排出される空気に対して加湿し、当該加湿された空気を前記収納室に送る加湿装置と、を備え、
   前記加湿装置は、第一加湿部と、前記第一加湿部が正常でない場合に動作する第二加湿部と、を備え、
   前記第一加湿部は、前記収納室から排出された空気を、貯留された水中に送ることで加湿し、
   前記第二加湿部は、前記収納室から排出された空気を、流れる水に沿うように送ることで加湿することを特徴とする空調システム。
2. 請求項１に記載の空調システムにおいて、
   前記冷媒を冷やす冷却装置と、
   前記収納室に対して外気を取り込む換気装置と、
   前記温度調整装置、前記冷却装置及び前記換気装置を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、一日を第一の時間帯と、前記第一の時間帯よりも外気温が低くなる第二の時間帯とに分類し、前記第一の時間帯では前記換気装置及び前記冷却装置を停止させた状態で前記温度調整装置を駆動させて前記収納室の室温を調整し、前記第二の時間帯では前記温度調整装置を停止させた状態で前記換気装置を駆動させ前記収納室に対して外気を取り込むとともに、前記冷却装置を駆動させ前記冷媒を冷やすことを特徴とする空調システム。
3. 物品が収納された収納室と、
   冷媒を循環させることで前記収納室の室温を調整する温度調整装置と、
   前記収納室から排出される空気に対して加湿し、当該加湿された空気を前記収納室に送る加湿装置と、を備え、
   前記加湿装置は、第一加湿部と、前記第一加湿部が正常でない場合に動作する第二加湿部と、を備え、
   前記第一加湿部は、前記収納室から排出された空気を、貯留された水中に送ることで加湿し、
   前記第二加湿部は、前記収納室から排出された空気を、流れる水に沿うように送ることで加湿することを特徴とする建物。
4. サーバ装置が収納されたサーバ室と、
   冷媒を循環させることで前記サーバ室の室温を調整する温度調整装置と、
   前記サーバ室から排出される空気に対して加湿し、当該加湿された空気を前記サーバ室に送る加湿装置と、を備え、
   前記加湿装置は、第一加湿部と、前記第一加湿部が正常でない場合に動作する第二加湿部と、を備え、
   前記第一加湿部は、前記サーバ室から排出された空気を、貯留された水中に送ることで加湿し、
   前記第二加湿部は、前記サーバ室から排出された空気を、流れる水に沿うように送ることで加湿することを特徴とするデータセンター。

Images