JP6335479B2 - データセンターのフロア構造およびデータセンター - Google Patents

Description

本発明は、データセンターの構築技術に関し、特に、多数のサーバを収納する大規模データセンターのフロア構造およびデータセンターに適用して有効な技術に関するものである。

データセンターでは、多数のサーバやルータ等のＩＣＴ（Information and Communication Technology）機器（以下では単に「サーバ」と記載する場合がある）を、サーバラック等を利用して収納する。サーバラック等を設置するコンピュータ室のフロア構造は、一般的に、各階層における床スラブ等の床面の上に、いわゆるフリーアクセスフロアによって二重床を構成し、その上にサーバラック等が複数配置される構造となっている。

ここで、サーバラックおよび収納されたサーバに対する電源や通信の供給のためのケーブルは、主に、本来の床面とフリーアクセスフロアによって上げ底にした床面との間の床下の空間を利用してサーバラックまで配線される。

また、サーバラックに収納された多数のサーバは、それぞれが熱を発するため、これを排出して冷却する必要があるが、このための冷風は、床下の空間から供給する方式が主流である。空調装置等から床下の空間に供給された冷風は、フリーアクセスフロアに設けられた開口部から床上に流れ、サーバラックの前面（もしくは背面や側面）側からサーバに供給されて、サーバラックの背面（もしくは前面や側面）側から排気される。排気された熱風は、天井面の排気グリル等から天井裏に流れるなどにより、空調装置等に還流する。

このような、フリーアクセスフロアによる二重床構造においては、床下のケーブルルートが煩雑化し、また、開口部以外は密閉されていて床下を直接視認できないことから、ケーブル等の敷設や管理には多大な負荷がかかっている。また、床下のケーブルルートが煩雑化することにより、煩雑化したケーブルが空調装置等から供給された冷風の風道を塞いで空調効率を低下させ、温度条件を悪化させる場合も生じている。このような状況は、例えばブレードサーバなど、近年のサーバ収納の高密度化によってさらに生じ易くなっている。

このような課題点に対して、例えば、特開２０１１−６９５４２号公報（特許文献１）には、床スラブから所定の高さの位置に格子状に配置した鉄骨からなる支持部材と、支持部材の上部に配置したフリーアクセスフロアとを有し、フリーアクセスフロアの上部のサーバエリアには、フリーアクセスフロアの上に複数のサーバラックが間にメンテナンス通路を構成するように列状に配置され、フリーアクセスフロアの下部の床下エリアは、データセンターの設備に係るメンテナンス作業を人が入って行うことが可能である高さで、床スラブと支持部材との間に形成され、さらに、床下エリアでは、メンテナンス通路の下部から、メンテナンス通路部分のフリーアクセスフロアに設けられた開口部を通してサーバエリアに空調装置からの冷風を供給する、データセンターのフロア構造が記載されている。

特開２０１１−６９５４２号公報

特許文献１に記載された従来技術によれば、鉄骨架台にて支持された堅牢な床の上にサーバエリアを設け、その下層に大空間の床下エリアを設けることで、床下空間を確保するための嵩高で重厚なフリーアクセスフロアを不要としつつ、サーバエリアの高い耐震性と、自由度の高い配線レイアウトを実現することができる。また、サーバラックへの電源やケーブル配線などのメンテナンス作業を床下エリアから容易に行うことができる。

また、床下エリアにサーバの負荷に合わせて自由度の高いレイアウトで空調装置を配置することができ、また、床下エリアの空間を空調装置からの冷風のバッファ空間とすることで抵抗の少ない低消費電力での送風を可能とし、全体として空調効率を大きく向上させることができる。これらにより、データセンターにおける平面的な利用効率を向上させ、建設コストおよび運用コストを含めたデータセンター全体としての運営コストを大きく低減させることができる。

一方で、特許文献１に記載された従来技術では、床下エリアに人がメンテナンス作業を行うことができる程度の高さを確保することから、データセンターの高さ方向の利用効率が必然的に低下してしまうため、この点に関しては改善の余地がある。

そこで本発明の目的は、鉄骨架台にて支持された床からなるサーバエリアと、人が入ってサーバエリアのメンテナンス作業ができるほどの高さの床下のメンテナンスエリアとからなる二重のフロア構造を有するデータセンターにおいて、高さ方向の利用効率を向上させてコストをより低減させるデータセンターのフロア構造およびデータセンターを提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

本発明の代表的な実施の形態によるデータセンターのフロア構造は、基礎部に設置された免震装置の上に構築された上部躯体の内部に多数のサーバを収納するデータセンターのフロア構造であって、前記基礎部から所定の高さの位置に配置した架台と、前記架台の上部に設けられた床構造と、を有する。前記床構造の上部のサーバエリアには、前記サーバを収納する複数のサーバラックが配置され、前記床構造の下部の床下エリアは、前記サーバに接続されるケーブルの配線を含む前記データセンターの設備に係るメンテナンス作業を人が入って行うことが可能である高さで、前記基礎部と前記架台との間の免震層により形成され、前記床下エリアに設置された空調装置からの冷風を、前記床構造に設けられた開口部を通して前記サーバエリアに供給するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、架台にて支持された床からなるサーバエリアと、人が入ってサーバエリアのメンテナンス作業ができるほどの高さの床下のメンテナンスエリアとからなる二重のフロア構造を有するデータセンターにおいて、高さ方向の利用効率を向上させ、データセンターの運営コストをより低減させることが可能となる。

本発明の一実施の形態であるデータセンターのフロア構造の例について概要を示した図である。 従来技術におけるデータセンターのフロア構造の例について概要を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下においては、本発明の特徴を分かり易くするために、従来の技術と比較して説明する。

＜概要＞
図２は、上記の特許文献１に記載された従来技術におけるデータセンターのフロア構造の例について概要を示した図である。図２の例では、データセンターの一部についての断面図を示しており、データセンターは、基礎部１０の上に設置された免震装置１１の上に構築された上部躯体３０を有している。上部躯体３０の内部には複数階層のフロア構造を有しているが、図２の例ではその最下層の１つのフロア構造について示している。

従来技術におけるフロア構造は、格子状などに組まれた鉄骨架台３１の上に設けられたフリーアクセスフロア４１を含む床構造の上部のサーバエリア４０と、鉄骨架台３１の下部のメンテナンスエリア５０との二重構造を有している。サーバエリア４０では、フリーアクセスフロア４１上に複数のサーバラック４２が配置されている。サーバラック４２に対するケーブル等の配線は、例えば、サーバエリア４０の天井部に設けられたケーブルラダー４３内に敷設されたケーブルからだけでなく、床下のメンテナンスエリア５０から鉄骨架台３１の隙間部分を通しても配線することができる。

メンテナンスエリア５０は、床スラブ３３上に構成された、人が立って作業ができる十分な高さを有する大空間であり、鉄骨架台３１の隙間部分を通して上部のサーバエリア４０内のサーバラック４２等に対する電源やネットワーク等のケーブルのメンテナンスを効率よく行うことができる。

これにより、従来はサーバエリア４０に対する床下空間を確保するためにフリーアクセスフロア４１の嵩高を上げる必要があり、そのためにフリーアクセスフロア４１の支持部材に強度の高いものが必要となり、結果としてコスト高となるうえに、支持部材によって床下空間の利用効率が悪くなるなどの課題があったが、これを解消することが可能となっている。

また、メンテナンスエリア５０の大空間にはサーバエリア４０内のサーバラック４２等を冷却するための空調装置５１および空調装置５１用の冷水配管５２を配置することができる。これにより、サーバラック４２から排出された排熱（図中の網掛け矢印）を空調装置５１が取り込んで冷却し、冷風（図中の白抜き矢印）として、鉄骨架台３１の隙間部分およびフリーアクセスフロア４１の図示しない開口部を通してメンテナンスエリア５０に供給することでサーバラック４２を下部から冷却する。このとき、メンテナンスエリア５０の大空間を空調装置５１からの冷風のバッファ空間とすることで抵抗の少ない低消費電力での送風が可能である。

さらに、例えば、局所的に高負荷となるサーバラック４２がある場合には、その下部に局所空調装置５３を配置できるなど、空調装置のレイアウトの自由度を高めることができる。これにより、サーバの負荷の状況に合わせた最小限の空調装置の構成や配置を柔軟に実現することができ、全体として空調効率を大きく向上させることが可能である。

これらにより、データセンターにおける平面的な利用効率を向上させ、建設コストおよび運用コストを含めたデータセンター全体としての運営コストを大きく低減させることができる。一方で、特許文献１に記載された従来技術では、メンテナンスエリア５０に人がメンテナンス作業を行うことができる程度の高さを確保することから、データセンターの高さ方向の利用効率が必然的に低下してしまうため、この点に関しては改善の余地がある。

ここで、データセンターは、通常、大地震の際にも運用を継続できるよう、上述したように基礎部１０の上に免震装置１１を有して、その上に上部躯体３０が構築される構成を有しており、基礎部１０と上部躯体３０との間に免震装置１１をメンテナンスするための空間となる免震層２０が形成されている。この免震層２０は、建築基準法や消防法等の法令上は建物（上部躯体３０）に対する外部であり、床面積として算入されない領域として取り扱われている。

そこで本発明の一実施の形態であるデータセンターのフロア構造では、最下層のサーバエリア４０について、その下部に構成されるメンテナンスエリア５０に相当する空間を、免震層２０を利用して構成する。すなわち、免震層２０の空間を最下層のサーバエリア４０の床下のメンテナンスエリアとして用いる。これにより、免震層２０の空間を有効利用してデータセンターの高さ方向の利用効率を向上させ、データセンター全体としての運営コストをより一層低減させることを可能とする。

＜免震層を利用したフロア構造＞
図１は、本発明の一実施の形態であるデータセンターのフロア構造の例について概要を示した図である。図１の例では、データセンターにおける最下層のサーバエリア４０に係るフロア構造を示しており、上述したように、当該サーバエリア４０に対する床下のメンテナンスエリアとして免震層２０を用いる構成をとっている。

すなわち、本実施の形態のデータセンターは、従来技術と同様に、基礎部１０の上に設置された免震装置１１の上に構築された上部躯体３０を有しているが、上部躯体３０における最下層のサーバエリア４０は、免震層２０の上部にて格子状などに組まれた鉄骨架台３１の上に設けられたフリーアクセスフロア４１を含む床構造の上部に形成されている。なお、図１の例では床構造としてフリーアクセスフロア４１を用いているが、グレーチングやエキスパンドメタルなどの通気性を有するパネルなどを用いてもよい。

免震層２０は、図２に示した従来技術と同様に、人が入ってサーバエリア４０に対するケーブル配線等のメンテナンス作業を行うことができる高さを有しており、また、床面から免震装置１１の上面までの高さ（上部躯体３０の梁底までの高さ）は、免震装置１１のメンテナンス作業を人が座位で行うことができる高さとして、例えば、１２００ｍｍ程度を確保してあることが望ましく、さらに空調装置等の搬入・設置作業を考慮すると１８００ｍｍ程度を確保してあることが望ましい。また、免震層２０の高さは２３００ｍｍ程度有しているのが望ましい。なお、図１に示したものよりさらに上層のサーバエリア４０が存在する場合は、そのフロア構造は、図２に示した従来技術と同様のサーバエリア４０とメンテナンスエリア５０との二重構造が積み上がる構造となる。

本実施の形態のフロア構造においても、基本的な機能については図２に示した従来技術と同様であり、当該サーバエリア４０内のサーバラック４２等に対するケーブル等のメンテナンス作業は、メンテナンスエリア５０に相当する免震層２０から行うことができる。また、サーバエリア４０に対しては、免震層２０に設置された空調装置２１や、図示しない局所空調装置から、鉄骨架台３１の隙間部分およびフリーアクセスフロア４１の図示しない開口部等を通して下部から冷風を供給することで効率的にサーバラック４２等を冷却することができる。

免震層２０の空間は、通常、外気には接しているものの温度や湿度の変化が少ないため、例えば、これをクールピットとして用いたり、上部躯体３０の側面等に設けられたチャンバー３２を介して外気を積極的に取り入れて外気処理空調を行ったりすることで空調効率をより一層向上させることが可能である。

また、通常は上部躯体３０の屋上などに設置される空調装置の屋外ユニットなどの熱源設備２３を免震層２０に設置することも可能である。これにより、外気条件に影響を受けない効率的な運用が可能となるとともに、空調装置２１との間の配管長の短縮や、上部躯体３０から配管する際のフレキシブル配管や継手が不要となることなどによる効率化と設置コストの低減を図ることも可能となる。なお、本実施の形態では、免震層２０に空調装置２１や冷水配管２２、熱源設備２３などの設備を設置するため、免震層２０を法令上も床面積として算入される内部の領域として取り扱うものとしている。

このように、従来、上部躯体３０内に設置されていた空調装置２１等の設備を、基礎部１０上の免震層２０に設置して、免震層２０を最下層のサーバエリア４０に対する床下のメンテナンスエリアとして利用することで、データセンターの建物の高さを低く抑えることが可能となる。

また、上部躯体３０の重量を低減させることができ、建設コストを低減させることができる。また、重量の低減により免震装置１１の小型化を図ることもでき、さらにコストを低減させることができる。また、主要設備のうち、免震装置１１により免震される上部躯体３０内に設置することまでは不要で、基礎部１０上に耐震設置されれば十分なものについて免震層２０に設置することができ、さらに上部躯体３０を軽量化してコスト削減を図ることが可能である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

本発明は、多数のサーバを収納する大規模データセンターのフロア構造およびデータセンターに利用可能である。

１０…基礎部、１１…免震装置、
２０…免震層、２１…空調装置、２２…冷水配管、２３…熱源設備、
３０…上部躯体、３１…鉄骨架台、３２…チャンバー、３３…床スラブ、
４０…サーバエリア、４１…フリーアクセスフロア、４２…サーバラック、４３…ケーブルラダー、
５０…メンテナンスエリア、５１…空調装置、５２…冷水配管、５３…局所空調装置。

Claims (4)

1. 基礎部に設置された免震装置の上に構築された上部躯体の内部に多数のサーバを収納するデータセンターのフロア構造であって、
   前記基礎部から所定の高さの位置に配置した架台と、
   前記架台の上部に設けられた床構造と、を有し、
   前記床構造の上部のサーバエリアには、前記サーバを収納する複数のサーバラックが配置され、
   前記床構造の下部の床下エリアは、前記サーバに接続されるケーブルの配線を含む前記データセンターの設備に係るメンテナンス作業を人が入って行うことが可能である高さで、前記基礎部と前記架台との間の免震層により形成され、
   前記床下エリアに設置された空調装置からの冷風を、前記床構造に設けられた開口部を通して前記サーバエリアに供給する、データセンターのフロア構造。
2. 請求項１に記載のデータセンターのフロア構造において、
   前記空調装置に係る熱源設備を含む、当該データセンターにおける設備の一部が、前記床下エリアに設置された、データセンターのフロア構造。
3. 請求項１または２に記載のデータセンターのフロア構造において、
   前記床下エリアから前記免震層に取り込んだ外気を利用して空調を行う、データセンターのフロア構造。
4. コンピュータ室に多数のサーバを収納するデータセンターであって、
   最下層の前記コンピュータ室が、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデータセンターのフロア構造を有することを特徴とするデータセンター。

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