JP6314533B2

JP6314533B2 - データセンター

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Publication number: JP6314533B2
Application number: JP2014033691A
Authority: JP
Inventors: 浩史遠藤; 雅俊小川; 梅宮　茂良; 茂良梅宮; 徳世　志野; 志野徳世; 裕幸福田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2034-02-25
Also published as: US20150245541A1; JP2015158325A; US10025327B2

Description

本発明は、データセンターに関する。

ネットワーク技術の発達に伴って、ネットワークを経由して様々なサービスをユーザに提供するネットワークサービスが注目されるようになった。そのようなサービスを提供するサービス事業者は、例えばソフトウエアパッケージやアプリケーションソフトウエアを実行するためのプラットホームを、データセンター内に設けている。

データセンターでは、室内に多数のラックを設置し、各ラックにそれぞれ複数のサーバを収納している。そして、それらのサーバの稼動状態に応じて各サーバにジョブを有機的に配分し、大量のジョブを効率的に処理している。

ところで、サーバは、稼働に伴って多量の熱を発生する。サーバの温度が高くなると性能の低下や誤動作又は故障の原因となるため、冷却ファンを使用してラック内に冷気を取り込み、ラック内で発生した熱をラックの外に排出している。

一方、データセンターでは多大な電力を消費しており、省エネルギーの観点から消費電力の削減が要求されている。一般的なデータセンターでは、ラックが設置された室内に外気が入らないようにし、空調機（エアコン）を使用してラック内に供給するエアーの温度を調整している。

このようなデータセンターに対し、外気を利用してサーバを冷却する省電力型データセンターも開発されている。特に外気を直接室内に導入する直接外気冷却方式のデータセンターは、一般的なデータセンターに比べて、サーバの冷却に使用する電力を大幅に削減することが可能である。

特開昭６１−２２５８９７号公報特開２０１３−１０４６３９号公報

室内に導入する外気の量を最適化してフィルタの清掃又は交換の時期を延ばし、電子機器の稼働率を向上できるデータセンターを提供することを目的とする。

開示の技術の一観点によれば、一方の側面に吸気口を備え、他方の側面に排気口を備えた構造物と、電子機器を収納して前記構造物内に配置されるラックと、前記吸気口を介して前記構造物内に外気を導入し、前記ラックの一方の面側から他方の面側にエアーを通流させる送風機と、前記ラックの上方に配置されて、前記ラックの前記一方の面と前記吸気口との間の第１の空間と前記ラックの前記他方の面と前記排気口との間の第２の空間との間を連絡する循環路と、前記循環路内に配置された循環量制御機構と、外気の温度と前記電子機器の稼働状態とに応じて前記循環量制御機構を制御し、前記循環路を通流するエアーの量を調整する空気循環量制御装置とを有するデータセンターが提供される。

上記一観点に係るデータセンターによれば、室内に導入する外気の量を最適化してフィルタの清掃又は交換の時期を延ばし、電子機器の稼働率を向上できる。

開示の技術の一観点によれば、一方の側面に吸気口を備え、他方の側面に排気口を備えた構造物と、電子機器を収納して前記構造物内に配置されるラックと、前記吸気口を介して前記構造物内に外気を導入し、前記ラックの一方の面側から他方の面側にエアーを通流させる送風機と、前記ラックの上方に配置されて、前記ラックの前記一方の面と前記吸気口との間の第１の空間と前記ラックの前記他方の面と前記排気口との間の第２の空間との間を連絡する循環路と、前記循環路内に配置された循環量制御機構と、外気の温度と前記電子機器の稼働状態とに応じて前記循環量制御機構を制御し、前記循環路を通流するエアーの量を調整する空気循環量制御装置とを有し、前記空気循環量制御装置は、前記外気の温度と前記電子機器の稼働状態とに応じて、前記構造物内への外気の導入量が最小となる条件を探索することを特徴とするデータセンターが提供される。

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

前述したように、直接外気冷却方式のデータセンターは、空調機（エアコン）により室内の温度を管理するデータセンターに比べて、サーバの冷却に使用する電力を大幅に削減できる。但し、外気をそのまま室内に導入すると、外気に含まれる腐食性ガスや粉じん、又は海塩粒子等により、サーバ又はその他の電子機器がダメージを受けてしまう。このため、直接外気冷却方式のデータセンターでは、フィルタを介して室内に外気を導入している。

しかし、データセンターの稼働に伴ってフィルタの目詰まりが発生するため、フィルタの清掃又は交換等の作業を適宜行うことが必要である。その間、サーバを停止することになり、サーバの稼働率が低下してしまう。

以下の実施形態では、室内に導入する外気の量を最適化してフィルタの清掃又は交換の時期を延ばし、サーバ（電子機器）の稼働率を向上できるデータセンターについて説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係るデータセンターを示す模式上面図、図２は同じくそのデータセンターの模式側面図である。

図１，図２に示すデータセンターは、直方体形状のコンテナ（構造物）１０と、コンテナ１０内に配置されたファシリティファンユニット１２及びラック１３とを有する。各ラック１３には、それぞれ複数の電子機器１４が収納されている。また、各ファシリティファンユニット１２には、それぞれ複数の冷却ファン１２ａが設けられている。

本実施形態では、ラック１３内に収納された電子機器１４がサーバであるとする。但し、ラック１３内に、ハードディスク（ＨＤＤ）等の記録装置又はその他の電子機器が収納されていてもよい。また、図１，図２ではコンテナ１０内に３台のファシリティファンユニット１２と３台のラック１３とが配置された例を示しているが、ファシリティファンユニット１２及びラック１３の数は任意である。ファシリティファンユニット１２は、送風機の一例である。

コンテナ１０の相互に対向する２つの面のうちの一方には吸気口１１ａが設けられており、他方には排気口１１ｂが設けられている。また、ファシリティファンユニット１２とラック１３との間の空間の上には、仕切り板１５が配置されている。

吸気口１１ａ及び排気口１１ｂには、雨水の侵入を防ぐ雨水侵入防止板や虫等の侵入を防ぐ防虫網が設けられている。また、吸気口１１ａには、外気に含まれる腐食性ガスや粉じん又は海塩粒子等を除去するためにフィルタ１８が設置されている。

コンテナ１０内の空間は、ファシリティファンユニット１２、ラック１３及び仕切り板１５により、外気導入部２１、コールドアイル２２、ホットアイル２３及び暖気循環路２４に分割されている。

外気導入部２１は吸気口１１ａとファシリティファンユニット１２との間の空間であり、コールドアイル２２はファシリティファンユニット１２とラック１３との間の空間であり、ホットアイル２３はラック１３と排気口１１ｂとの間の空間である。ラック１３は、コールドアイル２２側の面が吸気面、ホットアイル２３側の面が排気面となるように配置される。

暖気循環路２４はラック１３及び仕切り板１５の上方の空間であり、ホットアイル２３と外気導入部２１との間を連絡している。暖気循環路２４には、暖気の循環量を調整するためのダンパー１７が設けられている。ダンパー１７は、後述する空気循環量制御装置２０により駆動されて開度が変化する。ダンパー１７は、循環量制御機構の一例である。

本実施形態では、図２に示すように、コンテナ１０の外に、外気の温度を測定する温度センサ１９ａが配置されている。また、コールドアイル２２に、ラック１３内に導入されるエアーの温度を測定する温度センサ１９ｂが配置されている。

このようなデータセンターにおいて、ファシリティファンユニット１２の冷却ファン１２ａが回転すると、吸気口１１ａ及びフィルタ１８を介して外気導入部２１にエアー（外気）が導入される。そして、外気導入部２１内に導入されたエアーは、ファシリティファンユニット１２を介してコールドアイル２２に移動し、更にラック１３の吸気面からラック１３内に入って各電子機器１４を冷却する。

電子機器１４を冷却することにより温度が上昇したエアー（暖気）は、ラック１３の排気面からホットアイル２３に排出され、排気口１１ｂから屋外に排出される。

外気温が高いときにはダンパー１７を閉状態とし、ホットアイル２３から外気導入部２１に暖気が移動しないようにする。

一方、外気温が低いときには、後述するように外気温と電子機器１４の稼働状態とに応じてダンパー１７の開度を調整する。これにより、ホットアイル２３から暖気循環路２４を介して外気導入部２１に暖気の一部が戻り、ラック１３内に導入されるエアーの温度が上昇する。

図３は、空気循環量制御装置２０の構成を示すブロック図である。なお、空気循環量制御装置２０は、ハードウエアとソフトウエアとにより実現される。ハードウエアとして専用の装置（コンピュータ）を設置してもよく、ラック１３内の電子機器（サーバ）１４を利用してもよい。

図３に示すように、本実施形態で使用する空気循環量制御装置２０は、入力部３０と、必要風量記憶部３５と、演算部４０と、出力部５０とを有する。

入力部３０は、外気温度検出部３１と、稼働状態検出部３２と、設置仕様設定部３３とを有する。外気温度検出部３１は、コンテナ１０の外に設置された温度センサ１９ａ（図２参照）から外気の温度Ｔ₁を取得する。

稼働状態検出部３２は、ラック１３内に収納された電子機器１４の稼働状態Ｘを検出する。本実施形態では、稼働状態Ｘとして、ラック１３内に収納された電子機器１４の消費電力（現在の消費電力）の合計ｐを使用する。従って、稼働状態検出部３２は、ラック１３内に収納された電子機器１４の総消費電力を検出する電力計を含んで構成される。

なお、稼働状態Ｘとして、ラック１３内に収納された電子機器１４の消費電力（現在の消費電力）の合計ｐを電子機器１４の定格電力の合計Ｐで除算した値（Ｘ＝ｐ／Ｐ）を使用してもよい。その場合、稼働状態検出部３２は、ラック１３内に収納された電子機器１４の総消費電力ｐを検出する電力計と、ラック１３内に収納された電子機器１４の定格電力の合計Ｐが記録された記録部とを含んで構成される。

設置仕様設定部３３には、電子機器１４の設置仕様Ｔ’が設定される。ここでは、設置仕様Ｔ’として、電子機器１４に供給するエアーの適正温度範囲が設定されているものとする。本実施形態では、ラック１３内に導入されるエアーの温度が設置仕様Ｔ’を満足する条件でダンパー１７の開度が設定される。

必要風量記憶部３５には、ラック１３に供給するエアーの温度及び風量を決定するのに必要なデータが記憶される。本実施形態では、前述のように消費電力により電子機器１４の稼働状態を判定する。この場合、必要風量記憶部３５には、図４に示すように、データ番号毎に、稼働状態ｘと、吸気温度Ｔ₂と、必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）とが関連付けされたデータが記憶される。

稼働状態ｘは、ラック１３内の電子機器１４の消費電力の合計である。また、吸気温度Ｔ₂は、ラック１３内に導入されるエアーの温度、すなわちコールドアイル２２内のエアーの温度である。更に、必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）は、エアーの温度がＴ₂のときにラック１３内の電子機器１４を冷却するのに必要な単位時間当たりの風量である。これらのデータは、電子機器１４の仕様から又は実験により求められる。

なお、図４では説明を簡単にするためにデータ量を少なくしているが、実際の必要風量記憶部３５には多数のデータが記憶されている。例えば、稼働状態ｘは１ｋＷ〜５ｋＷ毎に分けられており、吸気温度Ｔ₂は２０℃から３５℃まで１℃毎に分けられている。

演算部４０は、必要風量取得部４１と、排気温度推定モデル部４２と、外気導入量比率演算部４３と、外気導入量推定モデル部４４と、目標吸気温度演算部４５とを有する。

必要風量取得部４１は、必要風量記憶部３５に記憶されているデータから、後述するように設置仕様Ｔ’を満足し、稼働状態ｘが稼働状態検出部３２で検出した稼働状態Ｘに一致又はほぼ一致するデータ番号を複数抽出する。

排気温度推定モデル部４２は、稼働状態検出部３２から取得した稼働状態Ｘと、必要風量取得部４１で抽出したデータ番号の必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）とから、ラック１３から排出されるエアーの温度、すなわち排気温度Ｔ₃（Ｔ₂）を推定する。

外気導入量比率演算部４３は、外気温度検出部３１から取得した外気の温度Ｔ₁と、排気温度推定モデル部４２から取得した排気温度Ｔ₃（Ｔ₂）とを使用して、外気導入量比率α（Ｔ₂）を演算する。

外気導入量推定モデル部４４は、必要風量取得部４１で抽出した必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）と、外気導入量比率演算部４３から取得した外気導入量比率α（Ｔ₂）とから、外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）を決定する。

目標吸気温度演算部４５は、外気導入量推定モデル部４４で決定された外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）から、目標吸気温度Ｔ₂’を計算する。

出力部５０は、ダンパー制御部５１と、ダンパー駆動部５２とを有する。ダンパー制御部５１は、コールドアイル２２に配置された温度センサ１９ｂの検出温度が目標吸気温度Ｔ’となるように、ダンパー駆動部５２を介してダンパー１７の開度を調整する。

以下、上述した空気循環量制御装置２０の動作の詳細について、図５のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳ１１において、外気温度検出部３１は、温度センサ１９ａから外気の温度Ｔ₁を取得する。また、ステップＳ１２において、稼働状態検出部３２は、電子機器１４の稼働状態Ｘを検出する。

次に、ステップＳ１３に移行し、必要風量取得部４１は、設置仕様設定部３３から電子機器１４の設置仕様Ｔ’を読み込む。前述したように、設置仕様設定部３３には、設置仕様Ｔ’として、電子機器１４に供給するエアーの適正温度範囲が記憶されている。

次に、ステップＳ１４に移行し、必要風量取得部４１は、稼働状態検出部３２から稼働状態Ｘを取得し、この稼働状態Ｘを検索キーとして、必要風量記憶部３５から稼働状態ｘが検索キーに一致又はほぼ一致するデータ番号を抽出する。

例えば、稼働状態Ｘが２０ｋＷであるとすると、必要風量記憶部３５から、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のデータ番号が抽出される（図４参照）。但し、吸気温度Ｔ₂が設置仕様設定部３３から取得した設定仕様Ｔ’から外れている場合は、抽出対象から除外する。

このようにして、必要風量取得部４１では、設置仕様Ｔ’を満足し、稼働状態ｘが稼働状態検出部３２で検出した稼働状態Ｘに一致又はほぼ一致するデータ番号の必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）が複数抽出される。

次に、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５において、排気温度推定モデル部４２は、必要風量取得部４１で抽出した必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）と、稼働状態検出部３２から取得した稼働状態Ｘとを用いて、吸気温度Ｔ₂毎の排気温度Ｔ₃（Ｔ₂）を計算する。計算には、下記（１）式を使用する。ここで、Ｃｐは空気の比熱であり、ρは空気の密度である。

Ｔ₃（Ｔ₂）＝Ｑ₁（Ｔ₂）×Ｘ×Ｃｐ×ρ …（１）
但し、稼働状態ＸがＸ＝ｐ／Ｐ（但し、ｐは消費電力、Ｐは定格電力）で表わされる場合は、（１）式のＸに替えて、（Ｘ×Ｐ）を使用する。

次に、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６において、外気導入量比率演算部４３は、外気温度検出部３１から得られる外気温度Ｔ₁と、吸気温度Ｔ₂と、排気温度推定モデル部４２で得られた排気温度Ｔ₃（Ｔ₂）とから、外気導入量比率α（Ｔ₂）を吸気温度Ｔ₂毎に計算する。計算には、下記（２）式を使用する。

α（Ｔ₂）＝（Ｔ₂−Ｔ₁）／（Ｔ₃（Ｔ₂）−Ｔ₁） …（２）
次に、ステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７において、外気導入量推定モデル部４４は、必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）と、外気導入量比率演算部４３で得られた外気導入量比率α（Ｔ₂）とから、各吸気温度Ｔ₂における外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）を、下記（３）式を用いて推定する。

Ｑ₂（Ｔ₂）＝Ｑ₁（Ｔ₂）×α（Ｔ₂） …（３）
次に、ステップＳ１８に移行する。ステップＳ１８において、目標吸気温度演算部４５は、外気導入量推定モデル部４４で得られた外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）のうちから、外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）が最小となる吸気温度を決定して、目標吸気温度Ｔ₂’とする。

次に、ステップＳ１９に移行する。ステップＳ１９において、ダンパー制御部５１は、コールドアイル２２に配置された温度センサ１９ｂ（図２参照）の検出温度が目標吸気温度Ｔ₂’となるように、ダンパー駆動部５２を介してダンパー１７の開度を調整する。

以下、実施形態の効果を検証した結果について説明する。

（検証１）
ラック１３内に、電子機器１４として富士通（株）製のサーバ（PRIMARGY RX300 S7）を収納した。そして、サーバの仕様から、吸気温度Ｔ₂毎に必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）を求めた。なお、このサーバの設置仕様Ｔ’は、１０℃〜３５℃である。

次に、サーバの稼働状態Ｘ及び吸気温度Ｔ₂を変化させて、必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）を計算により求めた。その結果を図６，図７に示す。

そして、稼働状態を１０ｋＷとし、外気の温度が２０℃のときの外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）と循環風量Ｑ₃（Ｔ₂）とを計算により求めた。その結果を、図８に示す。

なお、必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）は循環風量Ｑ₃（Ｔ₂）と外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）との和であるので、外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）は必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）と循環風量Ｑ₃（Ｔ₂）との差として求めた。

図９は、横軸に吸気温度Ｔ₂をとり、縦軸に風量をとって、吸気温度Ｔ₂毎に必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）と、循環風量Ｑ₃（Ｔ₂）と、外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）との関係を示す図である。但し、図９では、縦軸を循環風量Ｑ₂（Ｔ₂）が０のときの外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）を１とした相対値で示している。

図８及び図９から、吸気温度Ｔ₂が２５℃のときに、外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）が最小となることがわかる。つまり、２０℃の外気をそのままラック１３内に導入するよりも、ラック１３内に導入するエアーの温度を２５℃とするほうが、外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）が少なくてすむ。

この例では、循環風量Ｑ₂（Ｔ₂）が０のとき、すなわち２０℃の外気をそのままラック１３内に導入したときの外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）を１としたときに、吸気温度Ｔ₂を２５℃にしたときの外気導入量は約０．７５となる。従って、吸気温度Ｔ₂が２５℃のエアーをラック１３内に導入する場合は、２０℃の外気をそのままラック１３内に導入する場合に比べて、外気導入量を約２５％低減できる。これにより、吸気口１１ａに設置されたフィルタ１８の寿命が、２０℃の外気をそのままラック１３内に導入する場合に比べて、約１．３倍（＝１／０．７５）になる。

そして、本実施形態によれば、フィルタ１８の寿命が延びるので、フィルタ１８の清掃又は交換のために電子機器１４を停止する頻度が減少する。これにより、電子機器１４の稼働率が向上する。

また、ラック１３内に導入されたエアーの積算量が電子機器１４の寿命を決定すると仮定した場合、電子機器１４の寿命は１．３倍に延びることになる。これにより、電子機器１４の長期間にわたる信頼性が向上する。

（検証２）
ラック１３内に、電子機器１４として富士通（株）製のサーバ（PRIMARGY RX300 S6）を収納した。そして、サーバの仕様から、吸気温度Ｔ₂毎に必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）を求めた。なお、このサーバの設置仕様Ｔ’は１０℃〜３５℃である。

次に、サーバの稼働率を１００％とし、外気の温度Ｔ₁が１７℃のときに、ラック１３内に導入されるエアーの温度、すなわち吸気温度Ｔ₂を変化させて、必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）と、循環風量Ｑ₃（Ｔ₂）と、外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）とを測定した。

図１０は、横軸に吸気温度Ｔ₂をとり、縦軸に風量をとって、吸気温度Ｔ₂毎に必要風量Ｑ₁（Ｔ₂）、循環風量Ｑ₃（Ｔ₂）、及び外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）の関係を示す図である。

この図１０から、吸気温度Ｔ₂が２７℃のときに、外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）が最小となることがわかる。つまり、１７℃の外気をそのままラック１３内に導入するよりも、ラック１３内に導入するエアーの温度を２７℃とするほうが、外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）が少なくてすむ。

この例では、１７℃の外気をそのままラック１３内に導入したときの外気導入量を１としたときに、吸気温度Ｔ₂を２７℃としたときの外気導入量は約０．５となる。従って、吸気温度Ｔ₂が２７℃のエアーをラック１３内に導入する場合は、１７℃の外気をそのままラック１３内に導入する場合に比べて、外気導入量を約５０％低減できる。これにより、吸気口１１ａに設置されたフィルタ１８の寿命が、１７℃の外気をそのままラック１３内に導入する場合に比べて、約２倍になる。

また、ラック１３内に導入されたエアーの積算量が電子機器１４の寿命を決定すると仮定した場合、電子機器１４の寿命は２倍に延びることになる。これにより、電子機器１４の長期間にわたる信頼性が向上する。

（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態に係るデータセンターの空気循環量制御装置の構成を示すブロック図である。図１１において、図３と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、本実施形態においても、図１，図２を参照して説明する。

図１１に示すように、本実施形態の空気循環量制御装置２０ａは、第１の実施形態の必要風量記憶部３５に替えて、必要ファン回転数記憶部６１を有する。また、第１の実施形態の必要風量取得部４１に替えて、必要ファン回転数取得部６２を有する。更に、第１の実施形態の外気導入量推定モデル部４４に替えて、ファン回転数推定モデル部６３を有する。

必要ファン回転数記憶部６１には、図１２に示すように、データ番号毎に、稼働状態ｘと、吸気温度Ｔ₂と、必要ファン回転数Ｒ₁（Ｔ₂）とが関連付けされたデータが記憶される。

必要ファン回転数Ｒ₁（Ｔ₂）は、エアーの温度がＴ₂のときにラック１３内の電子機器１４を冷却するのに必要なファシリティファンユニット１２の冷却ファン１２ａの回転数である。これらのデータは、ファシリティファンユニット１２及び電子機器１４の仕様から又は実験により求められる。

必要ファン回転数取得部６２は、必要ファン回転数記憶部６１に記憶されているデータを参照し、設置仕様Ｔ’を満足し、稼働状態ｘが稼働状態検出部３２で検出した稼働状態Ｘに一致又はほぼ一致するデータ番号を複数抽出する。そして、必要ファン回転数取得部６２は、それらのデータ番号のデータからそれぞれ必要ファン回転数Ｒ₁（Ｔ₂）を抽出する。

排気温度推定モデル部４２は、稼働状態検出部３２から取得した稼働状態Ｘと、必要ファン回転数取得部６２で抽出した必要ファン回転数Ｒ₁（Ｔ₂）とから、ラック１３から排出されるエアーの温度、すなわち排気温度Ｔ₃（Ｔ₂）を推定する。

外気導入量比率演算部４３は、外気温度検出部３１から取得した外気の温度Ｔ₁と、排気温度推定モデル４２から取得した排気温度Ｔ₃（Ｔ₂）とを使用して、外気導入量比率α（Ｔ₂）を計算する。

ファン回転数推定モデル部６３は、必要ファン回転数取得部６２で抽出した必要ファン回転数Ｒ₁（Ｔ₂）と、外気導入量比率演算部４３から取得した外気導入量比率α（Ｔ₂）とから、ファン回転数Ｒ₂（Ｔ₂）を決定する。

目標吸気温度演算部４５は、ファン回転数推定モデル部６３で決定されたファン回転数Ｒ₂（Ｔ₂）から、目標吸気温度Ｔ₂’を決定する。

出力部５０のダンパー制御部５１は、コールドアイル２２に配置された温度センサ１９ｂの検出温度が目標吸気温度Ｔ’となるように、ダンパー駆動部５２を介してダンパー１７の開度を調整する。

以下、上述した空気循環量制御装置２０ａの動作の詳細について、図１３のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳ２１において、外気温度検出部３１は、温度センサ１９ａから外気の温度Ｔ₁を取得する。また、ステップＳ２２において、稼働状態検出部３２は、電子機器１４の稼働状態Ｘを検出する。

次に、ステップＳ２３に移行し、必要ファン回転数取得部６２は、設置仕様設定部３３から電子機器１４の設置仕様Ｔ’を読み込む。

次に、ステップＳ２４に移行し、必要ファン回転数取得部６２は、稼働状態検出部３２から稼働状態Ｘを取得し、この稼働状態Ｘを検索キーとして、必要ファン回転数記憶部６１から稼働状態ｘが検索キーに最も近いデータ番号を抽出する。但し、吸気温度Ｔ₂が設置仕様設定部３３から取得した設定仕様Ｔ’から外れている場合は、抽出対象から除外する。

例えば、稼働状態Ｘが２０ｋＷであるとすると、必要ファン回転数記憶部６１から、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のデータ番号が抽出される（図１２参照）。

このようにして、必要ファン回転数取得部６２では、設置仕様Ｔ’を満足し、稼働状態ｘが検索キーに一致又はほぼ一致するデータ番号の必要ファン回転数Ｒ₁（Ｔ₂）が複数抽出される。

次に、ステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５において、排気温度推定モデル部４２は、必要ファン回転数取得部６２で取得した必要ファン回転数Ｒ₁（Ｔ₂）のデータと、稼働状態検出部３２から取得した稼働状態Ｘとを用いて、吸気温度Ｔ₂毎の排気温度Ｔ₃（Ｔ₂）を計算する。計算には、下記（４）式を使用する。ここで、βはファンの回転数とファンの風量との比例係数（ファンに固有の値）である。また、Ｃｐは空気の比熱であり、ρは空気の密度である。

Ｔ₃（Ｔ₂）＝β×Ｒ₁（Ｔ₂）×Ｘ×Ｃｐ×ρ …（４）
但し、稼働状態ＸがＸ＝ｐ／Ｐ（但し、ｐは消費電力、Ｐは定格電力）で表わされる場合は、（４）式のＸに替えて、（Ｘ×Ｐ）を使用する。

次に、ステップＳ２６に移行する。ステップＳ２６において、外気導入量比率演算部４３は、外気温度検出部３１から得られる外気温度Ｔ₁と、吸気温度Ｔ₂と、排気温度推定モデル部４２で得られた排気温度Ｔ₃（Ｔ₂）とから、外気導入量比率α（Ｔ₂）を吸気温度Ｔ₂毎に計算する。計算には、下記（５）式を使用する。

α（Ｔ₂）＝（Ｔ₂−Ｔ₁）／（Ｔ₃（Ｔ₂）−Ｔ₁） …（５）
次に、ステップＳ２７に移行する。ステップＳ２７において、ファン回転数推定モデル部６３は、必要ファン回転数Ｒ₁（Ｔ₂）と、外気導入量比率演算部４３で得られた外気導入量比率α（Ｔ₂）とから、各吸気温度Ｔ₂におけるファン回転数Ｒ₂（Ｔ₂）を、下記（６）式を用いて推定する。

Ｒ₂（Ｔ₂）＝Ｒ₁（Ｔ₂）×α（Ｔ₂） …（６）
次に、ステップＳ２８に移行する。ステップＳ２８において、目標吸気温度演算部４５は、ファン回転数推定モデル部６３で得られたファン回転数Ｒ₂（Ｔ₂）のうちから、外気導入量Ｑ₂（Ｔ₂）が最小となる吸気温度を決定して、目標吸気温度Ｔ₂’とする。

次に、ステップＳ２９に移行する。ステップＳ２９において、ダンパー制御部５１は、コールドアイル２２に配置された温度センサ１９ｂ（図２参照）の検出温度が目標吸気温度Ｔ₂’となるように、ダンパー駆動部５２を介してダンパー１７の開度を調整する。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、外気の温度Ｔ₁と電子機器１４の稼働状態Ｘとに応じてダンパー１７の開度を調整し、外気導入量を最適化する。これにより、フィルタ１８の清掃又は交換の時期を延ばすことができる。その結果、サーバの稼働率が向上するという効果を奏する。

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）一方の側面に吸気口を備え、他方の側面に排気口を備えた構造物と、
電子機器を収納して前記構造物内に配置されるラックと、
前記吸気口を介して前記構造物内に外気を導入し、前記ラックの一方の面側から他方の面側にエアーを通流させる送風機と、
前記ラックの上方に配置されて、前記ラックの前記一方の面と前記吸気口との間の第１の空間と前記ラックの前記他方の面と前記排気口との間の第２の空間との間を連絡する循環路と、
前記循環路内に配置された循環量制御機構と、
外気の温度と前記電子機器の稼働状態とに応じて前記循環量制御機構を制御し、前記循環路を通流するエアーの量を調整する空気循環量制御装置と
を有することを特徴とするデータセンター。

（付記２）前記空気循環量制御装置は、
前記外気の温度及び前記電子機器の稼働状態が入力される入力部と、
前記電子機器の稼働状態と、前記ラック内に供給するエアーの温度と、前記電子機器の冷却に必要な風量とを関連付けたデータが記憶された記憶部と、
前記入力部から入力されたデータと前記記憶部に記憶されたデータとに基づいて前記ラックに供給するエアーの目標温度を演算する演算部と、
前記第１の空間内のエアーの温度が前記目標温度となるように前記循環量制御機構を駆動する出力部とを有することを特徴とする付記１に記載のデータセンター。

（付記３）前記記憶部には、前記電子機器の冷却に必要な風量のデータとして、前記送風機の回転数が記憶されていることを特徴とする付記２に記載のデータセンター。

（付記４）前記送風機は、前記吸気口と前記ラックとの間に配置され、前記循環路は、前記第２の空間と、前記送風機と前記吸気口との間の空間とを連絡することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のデータセンター。

（付記５）前記吸気口にはフィルタが設置されていることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載のデータセンター。

（付記６）前記空気循環量制御装置は、前記外気の温度と前記電子機器の稼働状態とに応じて、前記構造物内への外気の導入量が最小となる条件を探索することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載のデータセンター。

（付記７）前記循環量制御機構が、前記空気循環量制御装置により制御されて開度が変化するダンパーであることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載のデータセンター。

１０…コンテナ、１１ａ…吸気口、１１ｂ…排気口、１２…ファシリティファンユニット、１２ａ…冷却ファン、１３…ラック、１４…電子機器、１５…仕切り版、１７…ダンパー、１８…フィルタ、１９ａ，１９ｂ…温度センサ、２０，２０ａ…空気循環量制御装置、２１…外気導入部、２２…コールドアイル、２３…ホットアイル、２４…暖気循環路、３０…入力部、３１…外気温度検出部、３２…稼働状態検出部、３３…設置仕様設定部、３５…必要風量記憶部、４０…演算部、４１…必要風量取得部、４２…排気温度推定モデル部、４３…外気導入量比率演算部、４４…外気導入量推定モデル部、４５…目標吸気温度演算部、５０…出力部、５１…ダンパー制御部、５２…ダンパー駆動部、６１…必要ファン回転数記憶部、６２…必要ファン回転数取得部、６３…ファン回転数推定モデル部。

Claims

一方の側面に吸気口を備え、他方の側面に排気口を備えた構造物と、
電子機器を収納して前記構造物内に配置されるラックと、
前記吸気口を介して前記構造物内に外気を導入し、前記ラックの一方の面側から他方の面側にエアーを通流させる送風機と、
前記ラックの上方に配置されて、前記ラックの前記一方の面と前記吸気口との間の第１の空間と前記ラックの前記他方の面と前記排気口との間の第２の空間との間を連絡する循環路と、
前記循環路内に配置された循環量制御機構と、
外気の温度と前記電子機器の稼働状態とに応じて前記循環量制御機構を制御し、前記循環路を通流するエアーの量を調整する空気循環量制御装置と
を有し、前記空気循環量制御装置は、前記外気の温度と前記電子機器の稼働状態とに応じて、前記構造物内への外気の導入量が最小となる条件を探索することを特徴とするデータセンター。
前記空気循環量制御装置は、
前記外気の温度及び前記電子機器の稼働状態が入力される入力部と、
前記電子機器の稼働状態と、前記ラック内に供給するエアーの温度と、前記電子機器の冷却に必要な風量とを関連付けたデータが記憶された記憶部と、
前記入力部から入力されたデータと前記記憶部に記憶されたデータとに基づいて前記ラックに供給するエアーの目標温度を演算する演算部と、
前記第１の空間内のエアーの温度が前記目標温度となるように前記循環量制御機構を駆動する出力部とを有することを特徴とする請求項１に記載のデータセンター。
前記吸気口にはフィルタが設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のデータセンター。
前記循環量制御機構が、前記空気循環量制御装置により制御されて開度が変化するダンパーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデータセンター。