JP6710938B2 - データセンタシステム、データセンタシステムの制御方法及びプログラム - Google Patents

データセンタシステム、データセンタシステムの制御方法及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、データセンタシステム、データセンタシステムの制御方法及びプログラムに関する。
データセンタ内は、サーバなどのICT(Information and Communication Technology)機器の動作温度仕様に対して、十分な温度マージンを確保した一定温度に冷却されている。一般的に、サーバなどの安定稼働を優先した冷却を行うため、温度マージンは比較的大きく設定されている。
従来の間接空調型データセンタでは、屋外のチラーで一定温度の冷却水を生成してデータセンタの空調機へ循環する。チラーは、冷却水をフリークーリングにより冷却するフリークーリング部と、冷却水を熱交換により冷却する冷却コンプレッサとを有する。空調機は、データセンタ内に設けた温度センサが検出する温度と、例えば空調機の吹き出し部分に設けた温度センサが検出する温度とが一定の設定温度となるように、空調機の送風ファンの風量などを制御する。チラーは、外気湿球温度が上昇し、外気湿球温度と設定温度との関係でフリークーリング部による排熱効率が著しく低下すると、冷却コンプレッサを稼働させて冷却水を一定温度に保つ。冷却コンプレッサの消費電力はフリークーリング部の消費電力と比較すると多いので、冷却コンプレッサが稼働される時間が長い程、チラーは排熱により多くの電力を必要とする。
特開2014−129937号公報
従来の間接空調型データセンタでは、チラーが生成する冷却水を常に一定温度に保つため、外気湿球温度が上昇し、外気湿球温度と設定温度との関係で冷却コンプレッサの稼働時間が長くなる程チラーの消費電力が多くなるため、データセンタシステム全体の消費電力を低減することは難しい。
そこで、本発明は、消費電力を低減できるデータセンタシステム、データセンタシステムの制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。
本発明の一側面によれば、電子装置と前記電子装置を冷却する空調機とを備えたデータセンタと、前記データセンタに供給する冷却水を送風により冷却する第1の冷却部と、前記冷却水を熱交換により冷却する第2の冷却部とを備えた冷却装置と、前記冷却装置を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記データセンタの外部の温度センサから外部温度を取得する温度取得部と、前記外部温度、前記外部温度と前記第1の冷却部の冷却のみによる排熱で冷却可能な冷却水の温度との差を加算し、前記冷却装置に設定する提供冷却水温を算出する算出部と、前記提供冷却水温を前記冷却装置に設定する設定部とを備え、前記設定部は、前記提供冷却水温が、前記電子装置の動作温度範囲の上限に依存する最高提供冷却水温以上である場合、前記提供冷却水温を前記電子装置の消費電力に基づく初期値に設定し、前記冷却水の水温変化方向を下げる方向に設定すると共に、連続して前記最高提供冷却水温以上である回数が一定回数を超えると、前記電子装置の消費電力と前記冷却装置の消費電力との和である合計電力を保持し、前回と今回の合計電力と前記冷却水の水温変化方向の関係に基づき前記提供冷却水温と前記冷却水の水温変化方向を求めて前記合計電力が最小となる提供冷却水温を前記冷却装置に設定し、前記提供冷却水温が前記最高提供冷却水温未満である場合、前記提供冷却水温が前記冷却装置の送風による動作下限温度に依存する最低提供冷却水温未満であると前記最低提供冷却水温を前記提供冷却水温として前記冷却装置に設定し、前記提供冷却水温が前記最低提供冷却水温以上であると前記算出部が算出した前記提供冷却水温を前記冷却装置に設定するデータセンタシステムが提供される。

一態様によれば、データセンタシステムの消費電力を低減できる。
一実施例におけるデータセンタシステムの一例を示す図である。 冷却装置の一例を制御装置と共に示す図である。 冷却水温の設定処理の第1の例を説明するフローチャートである。 制御装置のソフトウェア構成の一例を示す機能ブロック図である。 チラー及びサーバの消費電力の一例を示す図である。 データセンタシステムの消費電力の推移の一例を示す図である。 冷却水温の設定処理の第1の例をより詳細に説明するフローチャートである。 図7の冷却水温の設定処理による合計電力の一例を示す図である。 図7の冷却水温の設定処理による冷却水温の設定の一例を示す図である。 計測結果とシミュレーション結果の一例を示す図である。 冷却水温の設定処理の第2の例を説明するフローチャートである。 制御装置のソフトウェア構成の他の例を示す機能ブロック図である。
開示のデータセンタシステムは、データセンタに供給する冷却水をフリークーリングにより冷却する第1の冷却部と、冷却水を熱交換により冷却する第2の冷却部とを備えた冷却装置と、冷却装置を制御する制御装置とを有する。制御装置は、データセンタの外部温度情報を取得する温度情報取得部と、外部温度情報に第1の冷却部の冷却能力に基づく冷却温度差を加算して冷却装置に設定する提供冷却水温情報を算出する算出部と、提供冷却水温情報を冷却装置に設定する設定部とを備える。
以下に、開示のデータセンタシステム、データセンタシステムの制御方法及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。
図1は、一実施例におけるデータセンタシステムの一例を示す図である。図1に示すデータセンタシステム1は、制御装置11、チラー12、及びデータセンタ13を有する。制御装置11及びチラー12は、屋外に設けられている。温度センサ21は、外気湿球温度を検出可能な位置に配置され、検出した外気湿球温度情報を制御装置11に入力する。外部湿球温度情報は、データセンタ13の外部温度情報の一例である。電力センサ22は、チラー12の消費電力を検出し、検出したチラー電力情報を制御装置11に入力する。水温センサ23は、チラー12が生成する冷却水の温度(以下、「冷却水温」とも言う)を検出可能な位置に配置され、検出した冷却水温情報を制御装置11に入力する温度センサの一例である。
制御装置11は、例えば汎用のコンピュータで形成可能であり、この例ではCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ111と、メモリなどの記憶装置112とを含む。プロセッサ111は、記憶装置112に記憶されたプログラムを実行することで、後述するように、チラー12に冷却水温を設定する冷却水温の設定処理などを行う。プロセッサ111は、後述する設定情報、水温センサ23からの冷却水温情報、電力センサ22からのチラー電力情報、及び電力センサ24からのサーバ電力情報に基づきチラー12を制御するための提供冷却水温情報を出力する。後述する設定情報は、予めデフォルトで設定された情報であっても良い。記憶装置112は、プロセッサ111が実行するプログラムに加え、プログラムが用いるパラメータや、プロセッサ111が実行する演算処理の中間結果などの各種データを記憶する。
チラー12は、冷却装置の一例であり、この例ではフリークーリング部121と、冷却コンプレッサ122と、送水ポンプ123とを含む。フリークーリング部121は、送風(以下、「フリークーリング」とも言う)により冷却水を冷却する第1の冷却部の一例である。フリークーリング部121は、冷却用送風機などを含む周知のクーリングタワーなどで形成可能である。冷却コンプレッサ122は、熱交換により冷却水を冷却する第2の冷却部の一例である。冷却コンプレッサ122は、熱交換機、排熱用送風機などを含む周知のコンプレッサなどで形成可能である。冷却コンプレッサ122の消費電力は、フリークーリング部121の消費電力と比較して多い。フリークーリング部121及び冷却コンプレッサ122が生成した冷却水は、データセンタ13内の空調機132に供給される。チラー12が生成して空調機132に供給する冷却水温は、制御装置11からチラー12に入力される提供冷却水温情報に基づいて制御される。送水ポンプ123は、データセンタ13から戻される冷却水をフリークーリング部121及び冷却コンプレッサ122へ戻す周知の構成を有する。
データセンタ13は、複数の区画131を有し、各区画131は、空調機132とラック群133とを含む。空調機132は、例えば送風ファン、熱交換機、及び空調機132を制御する制御部などを含む周知の構成を有する。ラック群133は、複数のラックを有し、各ラックには、一又は複数のサーバ134が設けられている。サーバ134は、ICT機器などの電子装置の一例である。空調機132から送出される冷気は、ラック群133に供給され、ラック群133内のサーバ134を冷却する。区画131内の冷気の温度は、ラック群133内のサーバ134の発熱などに応じて上昇し、暖気となって空調機132へ循環する。暖気により温度が上昇した冷却水は、送水ポンプ123により循環されて空調機132からチラー12に供給される。電力センサ24は、ラック群133におけるサーバ134の消費電力を検出し、検出したサーバ電力情報を制御装置11に入力する。
図2は、冷却装置の一例を制御装置と共に示す図である。冷却装置の一例であるチラー12は、フリークーリング部121の送出側に設けられたバルブ124−1と、冷却コンプレッサ122の送出側に設けられたバルブ124−2と、フリークーリング部121の入力側に設けられたバルブ125−1と、冷却コンプレッサ122の入力側に設けられたバルブ125−2とを含む。フリークーリング部121及び冷却コンプレッサ122は、制御装置11からの稼働信号に応答して稼働される。フリークーリング部121及び冷却コンプレッサ122から供給される冷却水は、制御装置11からの開度信号により開度を制御されたバルブ124−1,124−2を介して空調機132に供給される。一方、空調機132に供給された冷却水は、制御装置11からの送水量信号により送水量を制御された送水ポンプ123によりチラー12側へ戻される。具体的には、送水ポンプ123からの冷却水は、送水ポンプ123により、制御装置11からの開度信号により開度を制御されたバルブ125−1,125−2を介してフリークーリング部121及び冷却コンプレッサ122へ戻されてチラー12内を循環する。
図3は、冷却水温の設定処理の第1の例を説明するフローチャートである。図3に示す設定処理は、プロセッサ111により実行される。冷却水温の設定処理が開始されると、プロセッサ111は、ステップS1において、温度センサ21が検出した外気湿球温度情報を取得する。プロセッサ111は、ステップS2において、チラー12が提供するべき提供冷却水温を、取得した外気湿球温度情報と、フリークーリングの外気湿球温度に対する冷却温度差(即ち、フリークーリング部121の冷却能力に基づく冷却温度差)との和から算出する。フリークーリングの外気湿球温度に対する冷却温度差は、チラー12内のフリークーリング部121によるフリークーリング動作のみの排熱で外気に対して冷却可能な温度差(例えば、5℃以上)であり、チラー12(即ち、フリークーリング部121)毎に異なる。プロセッサ111は、ステップS3において、ステップS2で算出された提供冷却水温が、最高提供冷却水温未満であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS4へ進み、判定結果がNOであると処理は後述するステップS8へ進む。
ここで、最高提供冷却水温とは、データセンタ13内のサーバ134の動作温度仕様で規定された動作温度範囲の上限から、データセンタ13内の送風後温度上昇分(例えば、2℃〜5℃程度)と、データセンタ13内の構造などによる温度の不均一分布などに対応するための温度マージン(例えば2℃)との和を減算した、動作温度仕様で規定された動作温度範囲の上限に依存する値である。送風後温度上昇分とは、データセンタ13内の空調機132での熱交換残分や、データセンタ13内の冷気搬送中の温度上昇などによる、提供冷却水温の上昇分である。チラー12からデータセンタ13に供給される提供冷却水温が例えば18℃であっても、空調機132の吹き出し部分での冷気温度は例えば21℃であり、データセンタ13内の冷気搬送中の温度上昇中の温度上昇により、冷気温度(または、冷却提供温度)は例えば22.5℃に上昇する。従って、最高提供冷却水温とは、データセンタ13内の冷却提供温度がサーバ134の動作温度仕様で規定された動作温度範囲の上限となる値である。
プロセッサ111は、ステップS4において、ステップS2で算出された提供冷却水温が、最低提供冷却水温未満であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS5へ進む、判定結果がNOであると処理はステップS6へ進む。ここで、最低提供冷却水温とは、チラー12のフリークーリング部121によるフリークーリングの動作下限温度、データセンタ13内のサーバ134の動作温度仕様で規定された動作温度範囲の下限などにより決まる、フリークーリング(即ち、送風)による動作下限温度に依存する値である。プロセッサ111は、ステップS5において、提供冷却水温情報によりチラー12に最低提供冷却水温を設定し、処理はステップS7へ進む。また、プロセッサ111は、ステップS6において、提供冷却水温情報によりチラー12にステップS2で算出された提供冷却水温を設定し、処理はステップS7へ進む。プロセッサ111は、ステップS7において、フリークーリング部121のフリークーリング動作により冷却水を提供するモードを設定する。
最低提供冷却水温をT、チラー12に設定される提供冷却水温をT、サーバ134の動作温度仕様で規定される動作温度範囲の上限をT、送風温度上昇分をT、温度マージンをTで表すと、以下の関係が成立する。
≦T≦{T−(T+T)}
一方、プロセッサ111は、ステップS8において、電力センサ24が検出したサーバ134の消費電力(以下、「サーバ電力情報」とも言う)と、電力センサ22が検出したチラー12の消費電力(以下、「チラー電力情報」とも言う)とを取得する。プロセッサ111は、ステップS9において、取得したサーバ電力情報及びチラー電力情報に基づき、データセンタシステム1のサーバ134とチラー12が消費する合計電力情報が最小となる提供冷却水温を、提供冷却水温情報によりチラー12に設定する。プロセッサ111は、ステップS10において、冷却コンプレッサ122の冷却コンプレッサ動作により冷却水を提供するモードを設定する。
ステップS7またはステップS10の後、処理はステップS11へ進む。プロセッサ111は、ステップS11において、冷却水温の設定処理を実行する動作間隔を調整し、処理はステップS1へ戻る。
図4は、制御装置のソフトウェア構成の一例を示す機能ブロック図である。図4において、制御装置11は、外気湿球温度情報取得部31、提供冷却水温算出部32、サーバ電力情報取得部33、チラー電力情報取得部34、設定部35、初期値リスト36、及びレジスタ37を有する。外気湿球温度情報取得部31、提供冷却水温算出部32、サーバ電力情報取得部33、チラー電力情報取得部34、及び設定部35の機能は、プロセッサ111により提供可能である。一方、初期値リスト36及びレジスタ37の機能は、記憶装置112により提供可能である。
外気湿球温度情報取得部31は、温度センサ21が検出した外気湿球温度情報を取得して提供冷却水温算出部32に供給する、ステップS1の処理を実行する。提供冷却水温算出部32は、外気湿球温度情報と、設定情報に含まれる、チラー12のフリークーリング部121による冷却温度差との和から提供冷却水温を算出する、ステップS2の処理を実行する。サーバ電力情報取得部33は、第1のセンサの一例である電力センサ24が検出したサーバ電力情報を設定部35に供給する、ステップS8の処理の一部を実行する。チラー電力情報取得部34は、第2のセンサの一例である電力センサ22が検出したチラー電力情報を設定部35に供給する、ステップS8の処理の一部を実行する。
設定部35には、サーバ電力情報及びチラー電力情報に加え、各種設定情報が供給され、提供冷却水温を判定すると共に提供冷却水温を設定する、ステップS3〜S6,S9の処理を実行する。設定情報は、例えば冷却温度差、サーバ134の動作温度仕様で規定された動作温度範囲の上限、最高提供冷却水温、最低提供冷却水温、提供冷却水温の初期値、冷却水温の設定処理を実行する動作間隔及び後述する1設定水温、チラー12の冷却動作の制御不感範囲などを含む。最高提供冷却水温は、動作温度範囲の上限から算出できるので、設定情報には最高提供冷却水温は含めず、設定部35において動作温度範囲の上限から算出しても良い。提供冷却水温の初期値とは、提供冷却水温が、最高提供冷却水温以上の場合のサーバ電力に対する提供冷却水温の初期値である。この例では、提供冷却水温の初期値は、設定部35からアクセス可能に初期値リスト36に保持される。
レジスタ37は、設定部35が提供冷却水温を判定したり、提供冷却水温を設定する際に用いるデータを保持する。レジスタ37は、例えば前回の冷却水温の設定処理で設定した前回の提供冷却水温情報、前回の冷却水温の設定処理で求めたサーバ134とチラー12が消費する前回の合計電力情報、冷却水温の設定処理で求めた提供冷却水温の変化方向情報(上げる方向または下げる方向の情報)などを保持する。
設定部35は、提供冷却水温が、最高提供冷却水温以上の場合は、サーバ電力情報及びチラー電力情報に基づき、データセンタシステム1のサーバ134とチラー12が消費する合計電力情報が最小となる提供冷却水温を、提供冷却水温情報によりチラー12に設定する、ステップS9の処理を実行する。一方、提供冷却水温が、最高提供冷却水温未満、且つ、最低提供冷却水温未満の場合は、提供冷却水温情報によりチラー12に最低提供冷却水温を設定する、ステップS5の処理を実行する。また、提供冷却水温が、最高提供冷却水温未満、且つ、最低提供冷却水温以上の場合は、提供冷却水温情報によりチラー12にステップS2で算出された提供冷却水温を設定する、ステップS6の処理を実行する。
図5は、チラー及びサーバの消費電力の一例を示す図である。図5中、左側の縦軸はチラー電力を任意単位で示し、右側の縦軸はサーバ電力を任意単位で示し、横軸は温度を示す。一点鎖線はチラー電力、二点鎖線はサーバ電力、太い実線はチラー電力とサーバ電力の合計である合計電力を示す。図5において、(a)はサーバなどの動作温度仕様にかかわらず、且つ、外気湿球温度の影響を受けるチラーの動作を考慮せずにチラーが生成する冷却水を常に一定温度に保つ比較例の消費電力の一例を示し、(b)は上記実施例における消費電力の一例を示す。
比較例の場合、図5の(a)に示すように、チラー電力と合計電力とは、いずれも外気湿球温度の上昇に伴い急激に増加する。この例では、サーバ電力は、サーバ内のCPUなどの非稼働時の消費電力を示しており、CPUなどの非稼働時でもサーバに設けられたファンなどが常に稼働しているため、サーバ電力は略一定である。
これに対し、上記実施例の場合、(b)に示すように、チラー電力と合計電力とは、いずれも外気湿球温度の上昇に伴い緩やかに増加する。この例では、サーバ電力は、サーバ内のCPUなどの非稼働時の消費電力を示しており、CPUなどの非稼働時でもサーバに設けられたファンなどが稼働しているが、外気湿球温度との連動(または、関連付け)により合計電力を抑えるような制御が行われる。このため、外気湿球温度と連動させてサーバに設けられたファンなどの動作を制御することで、サーバ電力は外気湿球温度の上昇に伴い緩やかに増加する。従って、本実施例によれば、合計電力の急激な増加や合計電力の増大を抑えて、データセンタシステム全体を消電力化することができる。
図6は、データセンタシステムの消費電力の推移の一例を示す図である。図6中、右側の縦軸は外気湿球温度及び冷却水温、左側の縦軸は合計電力、横軸は時間(例えば、1日分)を示す。破線は外気湿球温度、実線は冷却水温、ハッチングは合計電力を示す。図6において、(a)はチラーが生成する冷却水を常に一定温度(この例では18℃)に保つ上記比較例の合計電力の推移の一例を示し、(b)は最高冷却水温(この例では30℃)を設定した場合の上記実施例における合計電力の推移の一例を示す。
比較例の場合、合計電力は外気湿球温度の1日の変化に応じて大きく増減するため、図6の(a)に示すように多い。これに対し、上記実施例の場合、外気湿球温度との連動により合計電力を抑えているため、比較例と比較すると、合計電力の外気湿球温度の1日の変化に応じた増減は小さく、図6の(b)に示すように、合計電力は比較例と比較すると少ない。
図7は、冷却水温の設定処理の第1の例をより詳細に説明するフローチャートである。図7に示す設定処理は、プロセッサ111により実行される。この例では、提供冷却水温が、最高提供冷却水温以上の場合、チラー電力とサーバ電力との合計である合計電力を最小に抑える。冷却水温の設定処理が開始されると、プロセッサ111は、ステップS21において、提供冷却水温が、サーバ134の動作温度仕様で規定された動作温度範囲の上限に依存する、最高提供冷却水温以上での動作が、連続1回目の動作であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS22へ進み判定結果がNOであると処理は後述するステップS25へ進む。プロセッサ111は、ステップS22において、電力センサ24から取得したサーバ電力情報に基づいて、初期値リスト36に含まれる提供冷却水温の初期値を取得する。プロセッサ111は、ステップS23において、提供冷却水温の初期値を示す提供冷却水温情報を出力してチラー12に設定する。プロセッサ111は、ステップS24において、出力した提供冷却水温情報が表す提供冷却水温の初期値を、レジスタ37内に前回の提供冷却水温情報として保持すると共に、レジスタ37内に保持された提供冷却水温の変化方向情報を下げる方向に設定し、処理は終了する。例えば、サーバ電力が130kwを超える場合の提供冷却水温の初期値は23℃、サーバ電力が110kw〜130kwの場合の提供冷却水温の初期値は25℃、サーバ電力が110kw未満の場合の提供冷却水温の初期値は27℃に設定しても良い。
一方、プロセッサ111は、ステップS25において、提供冷却水温が最高提供冷却水温以上での動作が、連続2回目の動作であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS26へ進み判定結果がNOであると処理は後述するステップS28へ進む。プロセッサ111は、ステップS26において、電力センサ22から取得されたチラー電力情報と、電力センサ24から取得したサーバ電力情報とを合計して合計電力情報を算出し、レジスタ37内に前回の合計電力情報として保持する。プロセッサ111は、ステップS27において、レジスタ37に保持された前回の提供冷却水温情報を設定情報に含まれる1設定水温分下げた値を示す提供冷却水温情報を出力してチラー12に設定し、処理は終了する。ここで、1設定水温とは、水温を上げたり下げたりする単位(例えば、1℃)であり、任意に設定可能である。
また、プロセッサ111は、ステップS28において、電力センサ22から取得されたチラー電力情報と、電力センサ24から取得したサーバ電力情報とを合計して合計電力情報を算出する。プロセッサ111は、ステップS29において、算出された(即ち、今回の)合計電力情報と、レジスタ37内に保持された前回の合計電力情報とを比較する。
比較の結果、今回の合計電力情報が前回の合計電力情報より減少しており、且つ、前回の合計電力情報から設定情報に含まれる制御不感範囲(例えば、0.5kW)を減算した値が今回の合計電力情報より大きい場合、処理はステップS30へ進む。比較の結果、今回の合計電力情報が前回の合計電力情報より増加しており、且つ、前回の合計電力情報から設定情報に含まれる制御不感範囲を加算した値が今回の合計電力情報より小さい場合、処理はステップS33へ進む。さらに、比較の結果、制御不感範囲にある場合、即ち、前回の合計電力情報から設定情報に含まれる制御不感範囲を減算した値が今回の合計電力情報以下であり、且つ、前回の合計電力情報から設定情報に含まれる制御不感範囲を加算した値以下である場合、処理は終了する。
プロセッサ111は、ステップS30において、レジスタ37内に保持された提供冷却水温の変化方向情報が下げる方向であるか、或いは、上げる方向であるかを判定し、下げる方向であると処理はステップS31へ進み、上げる方向であると処理はステップS32へ進む。プロセッサ111は、ステップS31において、レジスタ37に保持された前回の提供冷却水温情報を設定情報に含まれる1設定水温分下げた値を示す提供冷却水温情報を出力してチラー12に設定し、処理は終了する。一方、プロセッサ111は、ステップS32において、レジスタ37に保持された前回の提供冷却水温情報を設定情報に含まれる1設定水温分上げた値を示す提供冷却水温情報を出力してチラー12に設定し、処理は終了する。
プロセッサ111は、ステップS33において、レジスタ37内に保持された提供冷却水温の変化方向情報が下げる方向であるか、或いは、上げる方向であるかを判定し、下げる方向であると処理はステップS34へ進み、上げる方向であると処理はステップS36へ進む。プロセッサ111は、ステップS34において、レジスタ37に保持された前回の提供冷却水温情報を設定情報に含まれる1設定水温分上げた値を示す提供冷却水温情報を出力してチラー12に設定する、また、プロセッサ111は、ステップS35において、レジスタ37内に保持された提供冷却水温の変化方向情報を上げる方向に設定し、処理は終了する。一方、プロセッサ111は、ステップS36において、レジスタ37に保持された前回の提供冷却水温情報を設定情報に含まれる1設定水温分下げた値を示す提供冷却水温情報を出力してチラー12に設定する、また、プロセッサ111は、ステップS37において、レジスタ37内に保持された提供冷却水温の変化方向情報を下げる方向に設定し、処理は終了する。
このように、設定部35は、提供冷却水温情報が、最高提供冷却水温未満であるか否かを判定し、最高提供冷却水温以上である場合、チラー電力情報とサーバ電力情報との和である合計電力情報が最小となる提供冷却水温情報をチラー12に新たに設定する。また、設定部35は、提供冷却水温情報がサーバ134の最高提供冷却水温未満である場合、提供冷却水温情報がチラー12の最低提供冷却水温未満であるか否かを判定し、提供冷却水温情報が最低提供冷却水温未満である場合、最低提供冷却水温を提供冷却水温情報としてチラー12に新たに設定する。
図7に示す例では、制御不感範囲を設けているため、フリークーリング動作と冷却コンプレッサ動作とが頻繁に切り替わる制御動作を抑制し、動作を安定化できる。
図8は、図7の冷却水温の設定処理による合計電力の一例を示す図である。図8において、左側の縦軸は提供冷却水温情報によりチラー12に設定される提供冷却水温設定を示し、右側の縦軸は合計電力を任意単位で示し、横軸は時間を任意単位で示す。図8中、提供冷却水温設定は一点鎖線で示し、合計電力は二点鎖線で示し、太い破線は算出される提供冷却水温を示し、細い破線は最高提供冷却水温を示す。図8は、設定情報に含まれる動作間隔が例えば10分であり、1設定水温が1℃の場合を示す。例えば、図8において、t1はフリークーリング動作から冷却コンプレッサ動作へ遷移する状態、t2は1設定水温に相当する冷却水温の変化、t3は合計電力が減少して提供冷却水温を1設定水温下げた状態、t4は合計電力が変化せず提供冷却水温を変更しない状態を示す。また、図8において、t5は合計電力が減少して提供冷却水温を1設定水温下げる状態、t6は合計電力が増加して提供冷却水温を1設定水温下げる状態、t7は冷却水温が低く、合計電力が増加し、提供冷却水温の変化方向が上げる方向となり、且つ、提供冷却水温を1設定水温上げる状態を示す。
次に、外気湿球温度に対する提供冷却水温設定の関係の一例を説明する。この例では、サーバ134の動作温度仕様で規定された動作温度範囲の上限は35℃であり、送風後温度上昇分は3℃であり、温度マージンは2℃であり、フリークーリングの外気湿球温度に対する冷却温度差は5℃であり、フリークーリングの動作下限である最低提供冷却水温は10℃であり、外気湿球温度が25℃以下でフリークーリング動作による排熱を行い、外気湿球温度が25℃以上で冷却コンプレッサ動作を行うものとする。また、提供冷却水温が、最高提供冷却水温以上の場合、図7に示すように、チラー電力とサーバ電力との合計である合計電力を最小に抑える冷却水温の設定処理を行うものとする。
図9は、図7の冷却水温の設定処理による冷却水温の設定の一例を示す図である。図9中、縦軸は提供冷却水温設定を示し、横軸は外気湿球温度を示す。外気湿球温度が例えば0℃〜25℃までの領域では、図8中Cで示すようにフリークーリング動作による排熱が行われ、外気湿球温度が25℃以上の領域では、図8中Cで示すように冷却コンプレッサ動作による排熱が行われる。外気湿球温度が25℃以上の領域では、外気湿球温度に基づいて合計電力が最小となる提供冷却水温を設定するため、サーバ134が稼働してサーバ電力が小さい場合も大きい場合も、サーバ134を適切に冷却し、且つ、データセンタシステム1の消費電力を低減することができる。
図10は、計測結果とシミュレーション結果の一例を示す図である。図10中、左側の縦軸は平均月間合計電力及び平均月間チラー電力を任意単位で示し、右側の縦軸は平均月間電力使用効率(PUE:Power Usage Effectiveness)を示し、横軸は時間を示す。計測結果は、チラーが生成する冷却水を常に一定温度(この例では18℃)に保つ上記比較例の測定結果を示す。また、シミュレーション結果は、上記実施例において、図9の場合と同様の条件下で算出したシミュレーション結果を示す。図8の右側に示す注釈において、「計)」は比較例の測定結果、「外連)」は上記実施例のシミュレーション結果を表す。図9において、矢印E1は、外気湿球温度と連動させてチラー電力を抑制することにより得られる平均月間チラー電力の引き下げ効果を表しており、矢印E2は、外気湿球温度と連動させて合計電力を抑制することにより得られる平均月間合計電力の引き下げ効果を表している。図10に示す結果から、上記実施例によれば、上記比較例と比べた場合、平均年間合計電力が約7%〜約11%削減され、平均年間チラー電力が約11%〜約36%削減され、平均年間PUEが約0.1%〜約5%向上されることが確認された。
図11は、冷却水温の設定処理の第2の例を説明するフローチャートである。図11中、図3と同一ステップには同一符号を付し、その説明は省略する。図11に示す例では、ステップS3の判定結果がYESであると、処理はステップS41へ進む。図11において、プロセッサ111は、ステップS41において、前回の提供冷却水温が最高提供冷却水温以上での動作であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS42へ進み、判定結果がNOであると処理はステップS4へ進む。プロセッサ111は、ステップS42において、算出された提供冷却水温が、最高提供冷却水温から動作不感値を減算した値未満であるか否かを判定し、判定結果がYESであると処理はステップS43へ進み、判定結果がNOであると、提供冷却水温が最高提供冷却水温以上での動作を継続するため、処理はステップS8へ進む。プロセッサ111は、ステップS43において、後述する図12に示すレジスタ37Aに保持されている、前回の提供冷却水温が最高提供冷却水温以上での動作をクリアし、処理はステップS4へ進む。なお、動作不感値とは、最高提供冷却水温以上での動作中に算出された提供冷却水温に対し、ある範囲内では最高提供冷却水温以上での動作の継続を判定するための値であり、例えば0.5℃である。
図11に示す例では、動作不感値を設けているため、提供冷却水温が最高提供冷却水温以上での動作を行う場合、最高提供冷却水温以上での動作を継続する動作と継続しない動作とが頻繁に切り替わる制御動作を抑制し、動作を安定化できる。
図12は、制御装置のソフトウェア構成の他の例を示す機能ブロック図である。図12中、図4と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図12に示す例は、設定情報に上記の動作不感値が含まれ、レジスタ37Aが前回の提供冷却水温が最高提供冷却水温以上での動作を保持する点を除けば、図4のソフトウェア構成と同じである。
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
電子装置と前記電子装置を冷却する空調機とを備えたデータセンタと、
前記データセンタに供給する冷却水を送風により冷却する第1の冷却部と、前記冷却水を熱交換により冷却する第2の冷却部とを備えた冷却装置と、
前記冷却装置を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記データセンタの外部の温度センサから外部温度情報を取得する温度情報取得部と、
前記外部温度情報に前記第1の冷却部の冷却能力に基づく冷却温度差を加算し、前記冷却装置に設定する提供冷却水温情報を算出する算出部と、
前記提供冷却水温情報を前記冷却装置に設定する設定部とを備えたことを特徴とする、データセンタシステム。
(付記2)
前記制御装置はさらに、
前記電子装置の第1の電力センサから前記電子装置の第1の電力情報を取得する第1の電力情報取得部と、
前記冷却装置の第2の電力センサから前記冷却装置の第2の電力情報を取得する第2の電力情報取得部とを備え、
前記設定部は、前記提供冷却水温情報が、前記電子装置の動作温度範囲の上限に依存する最高提供冷却水温未満であるか否かを判定し、前記提供冷却水温情報が前記最高提供冷却水温以上である場合、前記第1の電力情報と前記第2の電力情報との和である合計電力情報が最小となる提供冷却水温情報を前記冷却装置に新たに設定することを特徴とする、付記1記載のデータセンタシステム。
(付記3)
前記設定部は、前記提供冷却水温情報が前記電子装置の動作温度範囲の上限に依存する最高提供冷却水温未満である場合、前記提供冷却水温情報が、前記冷却装置の送風による動作下限温度に依存する最低提供冷却水温未満であるか否かを判定し、前記提供冷却水温情報が前記最低提供冷却水温未満である場合、前記最低提供冷却水温を前記提供冷却水温情報として前記冷却装置に新たに設定することを特徴とする、付記2記載のデータセンタシステム。
(付記4)
前記最高提供冷却水温は、前記電子装置の動作温度仕様で規定された動作温度範囲の上限から、前記データセンタ内の送風後温度上昇分と、前記データセンタ内の構造による温度の不均一分布に対応するための温度マージンとの和を減算した値であることを特徴とする、付記2または3記載のデータセンタシステム。
(付記5)
前記最低提供冷却水温は、前記第1の冷却部の送風による動作下限温度、及び、前記データセンタ内の前記動作温度仕様で規定された前記動作温度範囲の下限により決まる値であることを特徴とする、付記3記載のデータセンタシステム。
(付記6)
前記設定部は、今回の合計電力情報と、レジスタ内に保持された前回の合計電力情報とを比較した結果、前記前回の合計電力情報から制御不感範囲を減算した値が前記今回の合計電力情報以下であり、且つ、前回の合計電力情報から前記制御不感範囲を加算した値以下である場合、前記第1の冷却部の動作と前記第2の冷却部の動作とが切り替わる制御動作を抑制することを特徴とする、付記2乃至5のいずれか1項記載のデータセンタシステム。
(付記7)
前記設定部は、前回の提供冷却水温情報が前記最高提供冷却水温以上での動作である場合、前記提供冷却水温情報が、前記最高提供冷却水温から動作不感値を減算した値未満であるか否かを判定し、前記最高提供冷却水温から前記動作不感値を減算した前記値未満であると、前記最高提供冷却水温以上での動作を停止することを特徴とする、付記2乃至5のいずれか1項記載のデータセンタシステム。
(付記8)
電子装置と前記電子装置を冷却する空調機とを備えたデータセンタを有するデータセンタシステムの制御方法であって、
制御装置が、前記データセンタに供給する冷却水を送風により冷却する第1の冷却部と、前記冷却水を熱交換により冷却する第2の冷却部とを備えた冷却装置を制御し、
前記制御装置の制御は、
前記データセンタの外部の温度センサから外部温度情報を取得し、
前記外部温度情報に前記第1の冷却部の冷却能力に基づく冷却温度差を加算して、前記冷却装置に設定する提供冷却水温情報を算出し、
前記提供冷却水温情報を前記冷却装置に設定する
処理を含むことを特徴とする、データセンタシステムの制御方法。
(付記9)
前記制御装置の制御はさらに、
前記電子装置の第1の電力センサから前記電子装置の第1の電力情報を取得し、
前記冷却装置の第2の電力センサから前記冷却装置の第2の電力情報を取得する
処理を含み、
前記設定する処理は、前記提供冷却水温情報が、前記電子装置の動作温度範囲の上限に依存する最高提供冷却水温未満であるか否かを判定し、前記提供冷却水温情報が前記最高提供冷却水温以上である場合、前記第1の電力情報と前記第2の電力情報との和である合計電力情報が最小となる提供冷却水温情報を前記冷却装置に新たに設定することを特徴とする、付記8記載のデータセンタシステムの制御方法。
(付記10)
前記設定する処理は、前記提供冷却水温情報が前記電子装置の動作温度範囲の上限に依存する最高提供冷却水温未満である場合、前記提供冷却水温情報が、前記冷却装置(12)の送風による動作下限温度に依存する最低提供冷却水温未満であるか否かを判定し、前記提供冷却水温情報が前記最低提供冷却水温未満である場合、前記最低提供冷却水温を前記提供冷却水温情報として前記冷却装置に新たに設定することを特徴とする、付記9記載のデータセンタシステムの制御方法。
(付記11)
前記最高提供冷却水温は、前記電子装置の動作温度仕様で規定された動作温度範囲の上限から、前記データセンタ内の送風後温度上昇分と、前記データセンタ内の構造による温度の不均一分布に対応するための温度マージンとの和を減算した値であることを特徴とする、付記9または10記載のデータセンタシステムの制御方法。
(付記12)
前記最低提供冷却水温は、前記第1の冷却部の送風による動作下限温度、及び、前記データセンタ内の前記動作温度仕様で規定された前記動作温度範囲の下限により決まる値であることを特徴とする、付記10記載のデータセンタシステムの制御方法。
(付記13)
前記設定する処理は、今回の合計電力情報と、レジスタ内に保持された前回の合計電力情報とを比較した結果、前記前回の合計電力情報から制御不感範囲を減算した値が前記今回の合計電力情報以下であり、且つ、前回の合計電力情報から前記制御不感範囲を加算した値以下である場合、前記第1の冷却部の動作と前記第2の冷却部の動作とが切り替わる制御動作を抑制することを特徴とする、付記9乃至12のいずれか1項記載のデータセンタシステムの制御方法。
(付記14)
前記設定する処理は、前回の提供冷却水温情報が前記最高提供冷却水温以上での動作である場合、前記提供冷却水温情報が、前記最高提供冷却水温から動作不感値を減算した値未満であるか否かを判定し、前記最高提供冷却水温から前記動作不感値を減算した前記値未満であると、前記最高提供冷却水温以上での動作を停止することを特徴とする、付記9乃至12のいずれか1項記載のデータセンタシステムの制御方法。
(付記15)
コンピュータに、電子装置と前記電子装置を冷却する空調機とを備えたデータセンタを有するデータセンタシステムを制御させるプログラムであって、
前記データセンタに供給する冷却水を送風により冷却する第1の冷却部と、前記冷却水を熱交換により冷却する第2の冷却部とを備えた冷却装置を制御する処理を前記コンピュータに実行させ、
前記制御する処理は、
前記データセンタの外部の温度センサから外部温度情報を取得し、
前記外部温度情報に前記第1の冷却部の冷却能力に基づく冷却温度差を加算して、前記冷却装置に設定する提供冷却水温情報を算出し、
前記提供冷却水温情報を前記冷却装置に設定する
ことを特徴とする、プログラム。
(付記16)
前記制御する処理はさらに、
前記電子装置の第1の電力センサから前記電子装置の第1の電力情報を取得し、
前記冷却装置の第2の電力センサから前記冷却装置の第2の電力情報を取得し、
前記設定は、
前記提供冷却水温情報が、前記電子装置の動作温度範囲の上限に依存する最高提供冷却水温未満であるか否かを判定し、前記提供冷却水温情報が前記最高提供冷却水温以上である場合、前記第1の電力情報と前記第2の電力情報との和である合計電力情報が最小となる提供冷却水温情報を前記冷却装置に新たに設定することを特徴とする、付記15記載のプログラム。
(付記17)
前記設定は、
前記提供冷却水温情報が前記電子装置の動作温度範囲の上限に依存する最高提供冷却水温未満である場合、前記提供冷却水温情報が、前記冷却装置の送風による動作下限温度に依存する最低提供冷却水温未満であるか否かを判定し、前記提供冷却水温情報が前記最低提供冷却水温未満である場合、前記最低提供冷却水温を前記提供冷却水温情報として前記冷却装置に新たに設定することを特徴とする、付記16記載のプログラム。
(付記18)
前記最高提供冷却水温は、前記電子装置の動作温度仕様で規定された動作温度範囲の上限から、前記データセンタ内の送風後温度上昇分と、前記データセンタ内の構造による温度の不均一分布に対応するための温度マージンとの和を減算した値であることを特徴とする、付記16または17記載のプログラム。
(付記19)
前記最低提供冷却水温は、前記第1の冷却部の送風による動作下限温度、及び、前記データセンタ内の前記動作温度仕様で規定された前記動作温度範囲の下限により決まる値であることを特徴とする、付記17記載のプログラム。
(付記20)
前記設定は、今回の合計電力情報と、レジスタ内に保持された前回の合計電力情報とを比較した結果、前記前回の合計電力情報から制御不感範囲を減算した値が前記今回の合計電力情報以下であり、且つ、前回の合計電力情報から前記制御不感範囲を加算した値以下である場合、前記第1の冷却部の動作と前記第2の冷却部の動作とが切り替わる制御動作を抑制することを特徴とする、付記16乃至19のいずれか1項記載のプログラム。
(付記21)
前記設定は、前回の提供冷却水温情報が前記最高提供冷却水温以上での動作である場合、前記提供冷却水温情報が、前記最高提供冷却水温から動作不感値を減算した値未満であるか否かを判定し、前記最高提供冷却水温から前記動作不感値を減算した前記値未満であると、前記最高提供冷却水温以上での動作を停止することを特徴とする、付記16乃至19のいずれか1項記載のプログラム。
以上、開示のデータセンタシステム、データセンタシステムの制御方法及びプログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。
1 データセンタシステム
11 制御装置
12 チラー
13 データセンタ
21 温度センサ
22,24 電力センサ
23 水温センサ
31 外気湿球温度情報取得部
32 提供冷却水温算出部
33 サーバ電力情報取得部
34 チラー電力情報取得部
35 設定部
36 初期値リスト
37,37A レジスタ
111 プロセッサ
112 記憶装置
121 フリークーリング部
122 冷却コンプレッサ
131 区画
132 空調機
133 ラック群
134 サーバ

Claims (5)

  1. 電子装置と前記電子装置を冷却する空調機とを備えたデータセンタと、
    前記データセンタに供給する冷却水を送風により冷却する第1の冷却部と、前記冷却水を熱交換により冷却する第2の冷却部とを備えた冷却装置と、
    前記冷却装置を制御する制御装置とを有し、
    前記制御装置は、
    前記データセンタの外部の温度センサから外部温度を取得する温度取得部と、
    前記外部温度、前記外部温度と前記第1の冷却部の冷却のみによる排熱で冷却可能な冷却水の温度との差を加算し、前記冷却装置に設定する提供冷却水温を算出する算出部と、
    前記提供冷却水温を前記冷却装置に設定する設定部とを備え、
    前記設定部は、
    前記提供冷却水温が、前記電子装置の動作温度範囲の上限に依存する最高提供冷却水温以上である場合、前記提供冷却水温を前記電子装置の消費電力に基づく初期値に設定し、前記冷却水の水温変化方向を下げる方向に設定すると共に、連続して前記最高提供冷却水温以上である回数が一定回数を超えると、前記電子装置の消費電力と前記冷却装置の消費電力との和である合計電力を保持し、前回と今回の合計電力と前記冷却水の水温変化方向の関係に基づき前記提供冷却水温と前記冷却水の水温変化方向を求めて前記合計電力が最小となる提供冷却水温を前記冷却装置に設定し、
    前記提供冷却水温が前記最高提供冷却水温未満である場合、前記提供冷却水温が前記冷却装置の送風による動作下限温度に依存する最低提供冷却水温未満であると前記最低提供冷却水温を前記提供冷却水温として前記冷却装置に設定し、前記提供冷却水温が前記最低提供冷却水温以上であると前記算出部が算出した前記提供冷却水温を前記冷却装置に設定する
    ことを特徴とする、データセンタシステム。
  2. 前記設定部は、今回の合計電力と、レジスタ内に保持された前回の合計電力とを比較した結果、前記前回の合計電力から制御不感範囲を減算した値が前記今回の合計電力以下であり、且つ、前回の合計電力から前記制御不感範囲を加算した値以下である場合、前記第1の冷却部の動作と前記第2の冷却部の動作とが切り替わる制御動作を抑制することを特徴とする、請求項1記載のデータセンタシステム。
  3. 前記設定部は、前回の提供冷却水温が前記最高提供冷却水温以上での動作である場合、前記提供冷却水温が、前記最高提供冷却水温から動作不感値を減算した値未満であるか否かを判定し、前記最高提供冷却水温から前記動作不感値を減算した前記値未満であると、前記最高提供冷却水温以上での動作を停止することを特徴とする、請求項1または2記載のデータセンタシステム。
  4. 電子装置と前記電子装置を冷却する空調機とを備えたデータセンタを有するデータセンタシステムの制御方法であって、
    制御装置が、前記データセンタに供給する冷却水を送風により冷却する第1の冷却部と、前記冷却水を熱交換により冷却する第2の冷却部とを備えた冷却装置を制御し、
    前記制御装置の制御は、
    前記データセンタの外部の温度センサから外部温度を取得し、
    前記外部温度、前記外部温度と前記第1の冷却部の冷却のみによる排熱で冷却可能な冷却水の温度との差を加算して、前記冷却装置に設定する提供冷却水温を算出し、
    前記提供冷却水温を前記冷却装置に設定する
    処理を含み、
    前記設定する処理は、
    前記提供冷却水温が、前記電子装置の動作温度範囲の上限に依存する最高提供冷却水温以上である場合、前記提供冷却水温を前記電子装置の消費電力に基づく初期値に設定し、前記冷却水の水温変化方向を下げる方向に設定すると共に、連続して前記最高提供冷却水温以上である回数が一定回数を超えると、前記電子装置の消費電力と前記冷却装置の消費電力との和である合計電力を保持し、前回と今回の合計電力と前記冷却水の水温変化方向の関係に基づき前記提供冷却水温と前記冷却水の水温変化方向を決めて前記合計電力が最小となる提供冷却水温を前記冷却装置に設定し、
    前記提供冷却水温が前記最高提供冷却水温未満である場合、前記提供冷却水温が前記冷却装置の送風による動作下限温度に依存する最低提供冷却水温未満であると前記最低提供冷却水温を前記提供冷却水温として前記冷却装置に設定し、前記提供冷却水温が前記最低提供冷却水温以上であると前記算出部が算出した前記提供冷却水温を前記冷却装置に設定する
    ことを特徴とする、データセンタシステムの制御方法。
  5. コンピュータに、電子装置と前記電子装置を冷却する空調機とを備えたデータセンタを有するデータセンタシステムを制御させるプログラムであって、
    前記データセンタに供給する冷却水を送風により冷却する第1の冷却部と、前記冷却水を熱交換により冷却する第2の冷却部とを備えた冷却装置を制御する処理を前記コンピュータに実行させ、
    前記制御する処理は、
    前記データセンタの外部の温度センサから外部温度を取得し、
    前記外部温度、前記外部温度と前記第1の冷却部の冷却のみによる排熱で冷却可能な冷却水の温度との差を加算して、前記冷却装置に設定する提供冷却水温を算出し、
    前記提供冷却水温を前記冷却装置に設定する
    処理を含み、
    前記設定する処理は、
    前記提供冷却水温が、前記電子装置の動作温度範囲の上限に依存する最高提供冷却水温以上である場合、前記提供冷却水温を前記電子装置の消費電力に基づく初期値に設定し、水温変化方向を下げる方向に設定すると共に、連続して前記最高提供冷却水温以上である回数が一定回数を超えると、前記電子装置の消費電力と前記冷却装置の消費電力との和である合計電力を保持し、前回と今回の合計電力と前記冷却水の水温変化方向の関係に基づき前記提供冷却水温と前記冷却水の水温変化方向を決めて前記合計電力が最小となる提供冷却水温を前記冷却装置に設定し、
    前記提供冷却水温が前記最高提供冷却水温未満である場合、前記提供冷却水温が前記冷却装置の送風による動作下限温度に依存する最低提供冷却水温未満であると前記最低提供冷却水温を前記提供冷却水温として前記冷却装置に設定し、前記提供冷却水温が前記最低提供冷却水温以上であると前記算出部が算出した前記提供冷却水温を前記冷却装置に設定する
    ことを特徴とする、プログラム。
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