JP7255855B2 - Air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、例えばデータセンタ内のサーバ等のIT(Information Technology)機器の発熱を外気空調により冷却する空調装置に関する。 The present invention relates to an air conditioner that cools heat generated by IT (Information Technology) equipment such as servers in a data center by outdoor air conditioning.
クラウド、IoT(Internet of Things)、ビッグデータ、AI(Artificial Intelligence)等、ITの進化は人々に豊かな生活を与えるとともに、人々が気付かなかった無駄を高効率に変革し益々進歩している。今日のITは大半がデータセンタで稼働している。 The evolution of IT, such as the cloud, IoT (Internet of Things), big data, and AI (Artificial Intelligence), is making people's lives richer and more efficient by transforming waste that people have not noticed. Most of today's IT runs in data centers.
しかしながら、豊かさや高高効率と引換えにデータセンタの電力は増加の一途で、世界総電力エネルギの2%を超え(日本の総電力の次に大きい国家級の電力消費)、さらに年間10%の増加している。つまり、データセンタの電力エネルギを下げることはCO2削減と同じ位重要なテーマである。電力は相応の熱を発生しデータセンタの冷却方法は大きく分けて二種類あり、機械式空調と外気空調である。 However, in exchange for affluence and high efficiency, the power consumption of data centers continues to increase, exceeding 2% of the world's total power energy (the second largest national-level power consumption after Japan's total power consumption), and 10% annually. It has increased. In other words, lowering power energy in data centers is as important a theme as reducing CO2 . Electric power generates a certain amount of heat, and there are two main types of cooling methods for data centers: mechanical air conditioning and outdoor air conditioning.
機械式空調は、発熱した暖気を熱交換器で熱を吸収し、この吸収した熱をコンプレッサ+代替フロンの圧縮冷媒で冷却する方式(家庭エアコンと同じ空冷空調)とチラーと呼ぶ冷凍機を使い、冷たい水を作りその冷水で冷却する方式(水冷空調)がある。 Mechanical air conditioning uses a heat exchanger to absorb the heat generated by warm air, and then cools the absorbed heat with a compressor and a compressed refrigerant that is an alternative to Freon (the same air-cooled air conditioning as a home air conditioner), and a refrigerator called a chiller. , There is a method of making cold water and cooling with the cold water (water-cooled air conditioning).
データセンタのエネルギ効率は「PUE(Power Usage Effectiveness)」と言う指標で表される。PUEは1.0が理想値で2.0は消費するIT機器電力と同量の電力消費で冷却していることを表す。機械式空調は最良でPUE=1.5程度であるが現実値は2.0から2.5の悪いデータセンタも多く存在する。数値で見ると実感がないが、10MW(1万kw)の大型データセンタでは20円/kwとすると、PUE=1.0では17.5億円/年の電気料金に対しPUE=2.5の機械式空調を使った電力料金は43.7億円/になり、無駄な電気料金を支払うのと、無駄な発電を強いていることが分かる。そこで、大型のデータセンタを中心に外気空調が求められた。 The energy efficiency of a data center is represented by an index called "PUE (Power Usage Effectiveness)". For PUE, 1.0 is the ideal value, and 2.0 means cooling with the same power consumption as the IT equipment power consumed. Mechanical air conditioning is the best at PUE=1.5, but there are many data centers where the actual value is 2.0 to 2.5. Looking at the numbers, it doesn't feel real, but if a large data center of 10 MW (10,000 kw) is 20 yen/kw, PUE=2.5 against the electricity bill of 1.75 billion yen/year at PUE=1.0. The electricity bill for mechanical air conditioning is 4.37 billion yen/. Therefore, outdoor air conditioning was required mainly for large data centers.
外気空調は、空調装置電力を最小にするために最善の選択肢である。外気空調には、直接外気空調方式と間接外気空調方式の2方式がある。直接外気空調方式は、外気冷熱を室内に直接取込んで冷却している。実際には室内空気を冷却するのではなく、常に室内空気を外気と交換し見かけ上冷却したように見える方式である。直接外気空調は、外気に含まれる粉塵、ガス、水分、塩分等が全て室内に入るという不具合があり、これらはフィルターである程度は取り除くことができるものの、完全に除去することは困難である。特に水分を除去することが困難であるとともに、冬の冷たい外気を直接取り込めず、発熱した空気と外気とを混気する複雑な制御設備が必要となる。日本では一日の温湿度差が激しく、また西日本では黄砂やPM2.5の影響を受けやすく、直接外気空調を採用することは、電力性能上、最良であるが元来困難であった。 Outdoor air conditioning is the best option for minimizing air conditioner power. There are two types of outdoor air conditioning: a direct outdoor air conditioning system and an indirect outdoor air conditioning system. In the direct outdoor air conditioning system, cold heat from the outside air is taken directly into the room for cooling. Instead of actually cooling the indoor air, it is a system that constantly exchanges the indoor air with the outside air, making it appear to be cooled. Direct outdoor air conditioning has the disadvantage that dust, gas, moisture, salt, etc. contained in the outdoor air all enter the room. Although these can be removed to some extent with a filter, it is difficult to completely remove them. In particular, it is difficult to remove the moisture, and the cold outside air in winter cannot be taken in directly, so a complicated control facility is required to mix the heated air with the outside air. In Japan, there is a large difference in temperature and humidity throughout the day, and western Japan is susceptible to yellow dust and PM2.5.
そこで、この直接外気空調の不具合を解消するのが間接外気空調方式である。この間接外気空調は、発熱した暖気を熱交換器で熱を吸収し(ここまでは機械式空調と同じ)、この吸収した熱を外気で冷却し、冷却した熱交換器から冷気を放出するようにしている。間接外気空調では、室内の空気は常に同じ空気を使用し、外気は冷却のみに使用することから、外気の影響は全く受けない。 Therefore, the indirect outdoor air conditioning system solves the problem of direct outdoor air conditioning. This indirect outdoor air conditioning uses a heat exchanger to absorb the heat generated by the warm air (up to this point is the same as mechanical air conditioning), cools the absorbed heat with the outside air, and then releases cold air from the cooled heat exchanger. I have to. In indirect outdoor air conditioning, the same air is always used in the room, and the outdoor air is used only for cooling, so it is not affected by the outdoor air at all.
しかしながら、上述した間接外気空調では、外気温度以下に温度を低下させることができず、外気が25℃を超えると、チラー等の別の冷熱源を必要とするため、現在は気化熱を利用した間接外気空調方式が主流である。 However, the above-mentioned indirect outdoor air conditioning cannot lower the temperature below the outside air temperature, and when the outside air exceeds 25°C, another cold heat source such as a chiller is required. Indirect outdoor air conditioning is the mainstream.
この気化熱を利用した間接外気空調方式は、水を噴霧状態にして熱交換器に噴射することにより、その気化熱で熱交換効率を高めるようにしているが、気化熱は高温多湿の地域においては効率が極端に低下し、十分な性能を発揮することができないという問題があり、さらに噴霧用の水資源を確保する必要がある。 In the indirect outdoor air conditioning system that uses this heat of vaporization, the heat of vaporization is used to increase the heat exchange efficiency by injecting water into the heat exchanger in a spray state. However, there is a problem that the efficiency is extremely lowered and sufficient performance cannot be exhibited, and furthermore, it is necessary to secure water resources for spraying.
間接外気空調は、外気温が約18℃以下の時は素晴らしい性能を発揮して機械式空調機に劣らない能力を発揮する。本州では年間総時間(1年で8760時間)の約70%が18℃以下である。さらに、最新のIT機器の多くは、従来の28℃耐久ではなく36℃耐久に温度耐性が強化されている。35℃のIT機器を使えば外気温が25℃程度までは間接外気空調で運用することができる。外気温が25℃以上になるのは年間の25%程度である。この15%の約1300時間のためだけに、間接外気空調でも気化熱冷却装置やチラーが必要になる。すなわち、1年間の85%は使用しないのに投資して設置し、その期間のPUEが悪くてもそれで運用せざるを得ないのがデータセンタである。 Indirect outdoor air conditioning performs excellently when the outside air temperature is below about 18°C and is comparable to mechanical air conditioners. In Honshu, about 70% of the total annual hours (8760 hours in a year) are below 18°C. Furthermore, most of the latest IT devices are enhanced in temperature resistance to 36°C endurance instead of conventional 28°C endurance. If IT equipment with a temperature of 35°C is used, it can be operated with indirect outdoor air conditioning up to an outside temperature of about 25°C. It is about 25% of the year that the outside air temperature is 25°C or higher. Only for this 15%, or about 1,300 hours, an evaporative heat cooling device or a chiller is required even with indirect outdoor air conditioning. In other words, a data center must be invested and installed even though it will not be used for 85% of the year, and must be operated even if the PUE during that period is bad.
そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、外気温が一定温度以下の通常運転時は間接外気空調で運用し、外気温が一定温度を超えた場合に直接外気空調に自動的に切り替え、空調電力を大幅に削減可能な空調装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems. During normal operation when the outside temperature is below a certain temperature, indirect outside air conditioning is operated, and when the outside temperature exceeds a certain temperature, direct outside air conditioning is automatically switched. An object of the present invention is to provide an air-conditioning device capable of rapidly switching air-conditioning power and significantly reducing air-conditioning power.
かかる目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、外気を空調対象室に直接取り入れる直接外気運転と、前記外気を前記空調対象室に間接的に取り入れる間接外気運転とに切替可能な空調装置であって、箱状に形成され、前記外気を取り入れる側に臨む第1室と前記空調対象室側に臨む第2室とに仕切る仕切部が設けられた空調装置本体と、前記空調装置本体を通して前記空調対象室に取り込まれる、少なくとも外気の温度、湿度、粉塵、ガス量を検出する検出手段と、前記仕切部に設置され、前記検出手段により検出された外気の温度、湿度、粉塵、ガス量があらかじめ設定された閾値を超えないときに開け、前記閾値を超えたときに閉じる開閉部材と、前記空調装置本体内において前記仕切部と交差するように前記第1室及び前記第2室に臨み、前記外気の温度と前記冷却すべき前記空調対象室の内気の温度を熱交換して冷却可能に設置された熱交換器と、外気温が一定温度以下の通常運転時は前記開閉部材を閉じて前記熱交換器を介して冷却された前記内気を前記空調対象室内に導入する前記間接外気空調運転により冷却するように切替制御するとともに、前記外気温が一定温度を超えて前記検出手段により検出された外気の温度、湿度、粉塵、ガス量があらかじめ設定された閾値を超えないときには前記開閉部材を開けて前記外気を前記空調対象室内に導入してこの空調対象室内を前記直接外気空調運転により冷却するように切替制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve this object, the invention described in claim 1 is capable of switching between a direct outside air operation in which outside air is directly introduced into an air-conditioned room and an indirect outside air operation in which the outside air is indirectly introduced into the air-conditioned room. An air conditioner, which is formed in the shape of a box and provided with a partition portion for separating a first chamber facing the side of taking in the outside air and a second chamber facing the side of the room to be air-conditioned; detecting means for detecting at least the temperature, humidity, dust, and gas amount of the outside air taken into the air-conditioned room through the main body; and the temperature, humidity, dust, and an opening/closing member that opens when the amount of gas does not exceed a preset threshold value and closes when the threshold value is exceeded; a heat exchanger installed so as to be capable of cooling by exchanging heat between the temperature of the outside air and the temperature of the inside air of the air-conditioned room to be cooled; is closed and the inside air cooled through the heat exchanger is introduced into the air-conditioned room by the indirect outside air air conditioning operation, and when the outside air temperature exceeds a certain temperature, the detecting means When the temperature, humidity, dust, and gas amount of the outside air detected by the above do not exceed a preset threshold value, the open/close member is opened to introduce the outside air into the air-conditioned room, and the direct outside air air-conditioning is performed in the air-conditioned room. and control means for performing switching control so as to cool by operation.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の構成に加え、前記第1室に第1開口部が形成され、この第1開口部に前記外気を導入する外気導入ファンが設置され、この外気導入ファンの回転数が制御手段により制御されることを特徴とする。 Further, according to the invention of claim 2, in addition to the configuration of claim 1, a first opening is formed in the first chamber, and an outside air introduction fan for introducing the outside air is installed in the first opening. and the number of rotations of the outside air introduction fan is controlled by a control means.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の構成に加え、前記第2室に第2開口部が形成され、この第2開口部に前記空調対象室内の内気を前記第2室に導入する内気導入ファンが設置され、この内気導入ファンの回転数が制御手段により制御されることを特徴とする。 Further, according to the invention of claim 3, in addition to the configuration of claim 1 or 2, a second opening is formed in the second chamber, and the internal air in the air-conditioned room is introduced into the second opening. A fan for introducing inside air into the second chamber is installed, and the number of revolutions of the fan for introducing inside air is controlled by a control means.
また、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の構成に加え、前記第2室に除湿及び加湿機能を備えた補助水冷部材がさらに設けられたことを特徴とする。 Further, the invention according to claim 4 is characterized in that, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 3, an auxiliary water cooling member having dehumidification and humidification functions is further provided in the second chamber. Characterized by
請求項1に記載の発明によれば、外気温が一定温度以下の通常運転時は開閉部材を閉じて熱交換器を介して冷却された内気を空調対象室内に導入する間接外気空調運転により冷却するように切替制御するとともに、外気温が一定温度を超えて検出手段により検出された外気の温度、湿度、粉塵量があらかじめ設定された閾値を超えないときに開閉部材を開けて外気を空調対象室内に導入してこの空調対象室内を直接外気空調運転により冷却するように切替制御するため、空調電力を大幅に削減することが可能になる。 According to the first aspect of the invention, cooling is performed by indirect outdoor air conditioning operation in which the open/close member is closed during normal operation when the outside air temperature is below a certain temperature and the inside air cooled through the heat exchanger is introduced into the air-conditioned room. In addition, when the outside air temperature exceeds a certain temperature and the outside air temperature, humidity, and dust amount detected by the detection means do not exceed preset threshold values, the opening and closing member is opened to air the outside air. Since it is introduced into the room and the switching control is performed so that the room to be air-conditioned is directly cooled by the outdoor air-conditioning operation, it is possible to greatly reduce the air-conditioning power.
また、請求項2に記載の発明によれば、第1室の第1開口部に外気を導入する外気導入ファンを設置し、この外気導入ファンの回転数が制御手段により制御されることにより、必要な冷却能力を達成するためにファン回転数をプログラム又はAIで制御しファンの無駄な電力をも排除されているので、第1室に外気を効率よく導入することができる。 Further, according to the second aspect of the invention, an outside air introduction fan is installed to introduce outside air into the first opening of the first chamber, and the rotational speed of this outside air introduction fan is controlled by the control means, In order to achieve the required cooling capacity, the number of revolutions of the fan is controlled by a program or AI, and the wasted electric power of the fan is also eliminated, so outside air can be efficiently introduced into the first room.
また、請求項3に記載の発明によれば、第2室の第2開口部に空調対象室内の内気を第2室に導入する内気導入ファンが設置され、この内気導入ファンの回転数が制御手段により制御されることにより、必要な冷却能力を達成するためにファン回転数をプログラム又はAIで制御しファンの無駄な電力をも排除されているので、第2室に空調対象室内の内気を効率よく導入することができる。 Further, according to the third aspect of the invention, an inside air introduction fan for introducing inside air from the room to be air-conditioned into the second room is installed at the second opening of the second room, and the rotational speed of this inside air introduction fan is controlled. In order to achieve the required cooling capacity, the number of revolutions of the fan is controlled by a program or AI, and wasteful electric power of the fan is also eliminated, so the inside air in the room to be air-conditioned is supplied to the second room. It can be introduced efficiently.
また、請求項4に記載の発明によれば、第2室に除湿及び加湿機能を備えた補助水冷板がさらに設けられているので、外部熱源を併用することで、空調対象室内に送る空気温度を一段と冷却することが可能になるとともに、湿度を一定に保つことができる。 In addition, according to the fourth aspect of the invention, since the second chamber is further provided with an auxiliary water cooling plate having dehumidification and humidification functions, by using an external heat source together, the temperature of the air sent to the air-conditioned room can be reduced. can be further cooled and the humidity can be kept constant.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1~図4には、本発明の実施形態を示す。図1は、本発明の実施形態に係る空調装置において間接外気空調運転時の状態を示す概略構成図である。図2は、図1の空調装置において直接外気空調運転時の状態を示す概略構成図である。 1-4 illustrate embodiments of the present invention. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a state of an air conditioner according to an embodiment of the present invention during indirect outdoor air conditioning operation. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the state of the air conditioner of FIG. 1 during direct outdoor air conditioning operation.
図1及び図2に示すように、本実施形態の空調装置本体10は、全体形状が直方体の箱状に形成されている。なお、直方体は、便宜上記載した形状であって形状が意味をなすものではなく、球体や多面体でも可能である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
空調装置本体10は、外気を取り入れる側に臨む第1室11と空調対象室としてのデータセンタのサーバ室13側に臨む第2室12とを有する。これら第1室11と第2室12とは、仕切部14によって対角線状に仕切られている。
The air conditioner
仕切部14には、連通口14aが形成され、この連通口14aには、図2に示すように第1室11と第2室12との間において開閉部材としてのシャッタ15が開閉可能に設置されている。具体的に、シャッタ15は、巻き取り、繰り出し可能に構成され、後述するシャッタ開閉用モータを駆動することにより、一端から他端に向けて巻き取って開くとともに、他端から一端に向けて繰り出して閉じられる。このシャッタ15を開くことで、第1室11と第2室12との間は、連通口14aを通して連通状態となり、また閉じることで閉止状態となる。なお、図1ではシャッタ15の図示を省略している。
A
シャッタ15は、直接外気空調運転時に開いて連通口14aを通して連通状態となり、間接外気空調運転時に連通口14aを閉じて閉止状態となる。ここで、本実施形態における直接外気空調運転とは、外気を空調対象室としてのサーバ室13内に直接導入する運転である。また、間接外気空調運転とは、外気を取り入れて後述するヒートパイプで熱交換してサーバ室13に間接的に外気冷熱を取り入れる運転である。
The
空調装置本体10の内部には、仕切部14と交差するように熱交換器としてのヒートパイプ16が設置されている。このヒートパイプ16を境界として、第1室11が第3室17と第4室18とに区分けされる。同様に、第2室12もヒートパイプ16を境界として、第5室21と第6室22とに区分けされる。第2室12の第5室21内には、補助水冷板19が設置されている。この補助水冷板19は、第5室21内を流通する外気と、ヒートパイプ16によって熱交換されて冷却された内気をさらに冷却するとともに、湿度調整のための加湿、除湿機能を併せて備えている。
A
第3室17と第4室18、第5室21と第6室22は、それぞれ空気が流通可能な連通状態にある。第3室17、第4室18、第5室21、及び第6室22には、それぞれ開口部17a,18a,21a,22aが形成されている。第3室17の開口部17aは、本実施形態の第1開口部を構成し、第6室22の開口部22aは、本実施形態の第2開口部を構成する。
The
第3室17の開口部17aには、外気を導入するための外気導入ファン23が設置されている。この外気導入ファン23は、外気導入ファン駆動用モータ32を駆動することで、回転駆動する。また、第6室22の開口部22aには、サーバ室13内の内気を第2室12の第6室22内に導入するための内気導入ファン24が設置されている。この内気導入ファン24は、内気導入ファン駆動用モータ34を駆動することで、回転駆動する。サーバ室13には、第1開口部13aと、第2開口部13bが設けられている。
An outside
第5室21の開口部21aと、サーバ室13の第1開口部13aは、第1連通路25を介して接続されて互いに連通状態にある。同様に、第6室22の開口部22aとサーバ室13の第2開口部13bは、第2連通路26を介して接続されて互いに連通状態にある。
The
直接外気空調運転時には、図2に示すように仕切部14の連通口14aが開いており、外気導入ファン23は、第3室17の開口部17aから冷えた外気を取り入れ、仕切部14の連通口14a、第5室21の開口部21a、第1連通路25、及びサーバ室13の第1開口部13aを通してサーバ室13内に外気を直接導入するようにしている。
During direct outdoor air conditioning operation, the
また、内気導入ファン24は、直接外気空調運転時、サーバ室13内の暖まった内気を第2開口部13bから第6室22の開口部22aを通して取り入れ、仕切部14の連通口14a、第4室18の開口部18aを通して空調装置本体10の外部に排出する。
In addition, the inside
間接外気空調運転時には、図1に示すように仕切部14の連通口14aが閉じており、外気導入ファン23は、第3室17の開口部17aから冷えた外気を取り入れ、ヒートパイプ16で熱交換して暖まった外気を第4室18の開口部18aから空調装置本体10の外部に排出する。
During indirect outdoor air conditioning operation, the
また、内気導入ファン24は、間接外気空調運転時、サーバ室13内の暖まった内気を第2開口部13bから第6室22の開口部22aを通して取り入れ、ヒートパイプ16で熱交換して冷たくなった内気を第5室21の開口部21a、第1連通路25を通してサーバ室13の第1開口部13aからサーバ室13内に戻すようにしている。すなわち、間接外気空調運転時、内気導入ファン24は、サーバ室13と空調装置本体10の第2室12との間で内気を循環させるようにしている。
The inside
次に、本実施形態の制御系の構成を説明する。 Next, the configuration of the control system of this embodiment will be described.
図3は、図1の空調装置の制御系の構成を示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the control system of the air conditioner of FIG.
図3に示すように、本実施形態の空調装置は、検出手段としてのセンサ群30、切替制御手段としての制御装置31、外気導入ファン駆動用モータ32、モータ駆動装置33、内気導入ファン駆動用モータ34、モータ駆動装置35、シャッタ開閉用モータ36、及びシャッタ駆動装置37を備える。
As shown in FIG. 3, the air conditioner of this embodiment includes a
センサ群30は、図1及び図2に示すように外気導入ファン23の近傍に設置さている。センサ群30は、図3に示すように外気温度センサ30a、外気湿度センサ30b、及び外気粉塵センサ30c、及び外気空気品質(ガス)センサ30dを備えている。
The
また、センサ群30は、空調装置本体10内に設置された複数の内気1温度センサ38a…、内気1温度センサ38n、複数の内気1湿度センサ39a…、内気1湿度センサ39nと、サーバ室13内に設置されたサーバ室温度センサ40a、サーバ室湿度センサ40bとを備えている。
Further, the
制御装置31は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、記憶手段としてのROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)、SSD(Solid State Disk)、I/O(Input / Output)等を備えた周知のマイクロコンピュータを中心に構成された制御装置である。
The
このうち、上記ROM、フラッシュメモリやSSDは、電源を切断しても記憶内容を保持する必要のあるデータやプログラムを記憶する。上記RAMは、データを一時的に格納する。上記CPUは、上記フラッシュメモリやSSDにインストールされているプログラムを実行することで各機能を実現する。 Among them, the ROM, flash memory, and SSD store data and programs that need to be retained even when the power is turned off. The RAM temporarily stores data. The CPU implements each function by executing a program installed in the flash memory or SSD.
また、ネットワークを接続することで、本冷却装置本体10とグループ内他空調装置本体10Nとで冷却装置本体同士の連携処理や設備上位システム42との強調動作、又はクラウドシステム43と連結することでより高機能な処理(例えばAI処理)やクラウドシステム43側で本装置の全ての制御を行うことが可能になる。
In addition, by connecting the network, the cooling device
制御装置31は、センサ群30の外気温度センサ30a、外気湿度センサ30b、及び外気粉塵センサ30c、及び外気空気品質(ガス)センサ30dによって検出された温度、湿度、粉塵、空気品質の各データを入力し、これらのデータと比較するため、温度データ、湿度データ、粉塵データ及び空気品質データのあらかじめ設定された閾値データと稼働しながら溜まったデータが記憶装置に記憶されている。なお、上記各データは、上記SSDのデータベースやクラウド上に記憶するようにしてもよい。上記閾値データは、例えば外気がサーバ室13内の機器に悪影響を与えないような値に設定し、稼働状況を常に記憶して最適な閾値を提供する。
The
外気導入ファン駆動用モータ32は、モータ駆動装置33によって駆動し、内気導入ファン駆動用モータ34は、モータ駆動装置35によって駆動する。シャッタ15は、シャッタ開閉用モータ36によって開閉駆動し、このシャッタ開閉用モータ36は、シャッタ駆動装置37によって駆動する。
The outside air introduction
次に、本実施形態の制御系の動作を説明する。 Next, the operation of the control system of this embodiment will be described.
図4は、図3の制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。 4 is a flow chart showing an example of the operation of the control device of FIG. 3. FIG.
図4に示すように、外気温度センサ30a、外気湿度センサ30b、外気粉塵センサ30c、及び外気空気品質センサ30dは、それぞれ外気温度、外気湿度、外気の粉塵量、及び空気品質を検出する(ステップS1)。これらの温度データ、湿度データ、粉塵データ、及び空気品質データがそれぞれ制御装置31に出力される。
As shown in FIG. 4, the outside
制御装置31は、これらの温度データ、湿度データ、粉塵データ、及び空気品質データを入力する。制御装置31は、外気温度があらかじめ設定された一定温度以下か否かを判定し、一定温度以下の場合(ステップS2:YES)には、ステップS3に進む。また、一定温度を超えた場合(ステップS2:NO)には、ステップS5に進む。
The
ステップS3,S4では、シャッタ15を閉止し、間接空調プログラム動作を実行し、間接外気空調運転を行う。この間接外気空調運転では、ヒートパイプ16を介して冷却された内気をサーバ室13内に導入して室内を冷却するようにしている。
In steps S3 and S4, the
ステップS2で一定温度を超えた場合には、ステップS5に進み、外気の湿度、粉塵量、及び空気品質があらかじめ設定された閾値以下か否かを判定する。ステップS5で外気の温度、湿度、粉塵量、及び空気品質があらかじめ設定された閾値以下の場合(ステップS5:YES)には、ステップS6でシャッタ15を開放し、直接空調プログラム動作を実行し、直接外気空調運転を行う(ステップS7)。この直接外気空調運転では、外気をサーバ室13内に直接導入してサーバ室13内を冷却するようにしている。
If the temperature exceeds the predetermined temperature in step S2, the process advances to step S5 to determine whether or not the humidity of the outside air, the amount of dust, and the air quality are equal to or less than preset threshold values. If the temperature, humidity, dust amount, and air quality of the outside air are equal to or lower than the preset threshold values in step S5 (step S5: YES), the
ステップS5で外気の温度、湿度、粉塵量、及び空気品質があらかじめ設定された閾値を超えている場合(ステップS5:NO)には、ステップS8に進む。ステップS8では、短時間であるならば直接空調動作が可能であるか否かを判定する。直接空調動作が可能である場合(ステップS8:YES)には、ステップS6に進み、上記と同様の処理を実行する。 If the temperature, humidity, dust amount, and air quality of the outside air exceed the preset threshold values in step S5 (step S5: NO), the process proceeds to step S8. In step S8, it is determined whether direct air-conditioning operation is possible for a short period of time. If the direct air-conditioning operation is possible (step S8: YES), the process proceeds to step S6, and the same processing as described above is executed.
ステップS8で短時間であるならば直接空調動作が可能でない場合(ステップS8:NO)には、ステップS9に進む。ステップS9では、補助水冷板19による冷却及び湿度調整を行う補助冷熱プログラム動作を実行した後、ステップS6に進み、上記と同様の処理を実行する。
If it is determined in step S8 that the air conditioning operation cannot be performed directly for a short period of time (step S8: NO), the process proceeds to step S9. In step S9, after the auxiliary cold program operation for cooling and humidity adjustment by the auxiliary
そして、ステップS4の間接空調プログラム動作又はステップS7の直接空調プログラム動作が終了した後は、運転を停止しない場合(ステップS10:NO)には、ステップS1に戻り、再び上記と同様の処理を実行する。また、運転を停止する場合(ステップS10:YES)には、全体の処理を終了する。 After the indirect air-conditioning program operation in step S4 or the direct air-conditioning program operation in step S7 is completed, if the operation is not to be stopped (step S10: NO), the process returns to step S1, and the same processing as above is executed again. do. Also, if the operation is to be stopped (step S10: YES), the entire process is terminated.
このように本実施形態によれば、外気温が一定温度以下の通常運転時はシャッタ15を閉じてヒートパイプ16を介して冷却された内気をサーバ室13内に導入する間接外気空調運転により冷却するように切替制御するとともに、外気温が一定温度を超えてセンサ群30の外気温度センサ30a、外気湿度センサ30b、外気粉塵センサ30c及び外気空気品質センサ30dにより検出された外気の温度、湿度、粉塵量、及び空気品質があらかじめ設定された閾値を超えないときにシャッタ15を開けて外気をサーバ室13内に導入してこのサーバ室13内を直接外気空調運転により冷却するように切替制御するため、空調電力を大幅に削減することが可能になる。
As described above, according to this embodiment, during normal operation when the outside air temperature is below a certain temperature, the
また、本実施形態によれば、第1室11の第3室17の第1開口部17aに外気を導入する外気導入ファン23が設置し、この外気導入ファン23の回転数が制御装置31により制御されることにより、必要な冷却能力を達成するためにファン回転数をプログラム又はAIで制御しファンの無駄な電力をも排除されているので、第1室に外気を効率よく導入することができる。
Further, according to this embodiment, the outside
また、本実施形態によれば、第2室12の第6室22の開口部22aにサーバ室13内の内気を第2室12に導入する内気導入ファン24が設置され、この内気導入ファン24の回転数が制御手段により制御されることにより、必要な冷却能力を達成するためにファン回転数をプログラム又はAIで制御しファンの無駄な電力をも排除されているので、第2室に空調対象室内の内気を効率よく導入することができる。ているので、第2室12にサーバ室13内の内気を効率よく導入することができる。
Further, according to this embodiment, the inside
また、本実施形態によれば、第2室12に除湿及び加湿機能を備えた補助水冷板19がさらに設けられているので、外部熱源を併用することで、空調対象室内に送る空気温度を一段と冷却することが可能になるとともに、湿度を一定に保つことができる。
Further, according to this embodiment, since the
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While embodiments of the invention have been described, the embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. This embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
例えば、上述した実施形態では、センサ群30として外気温度センサ30a、外気湿度センサ30b、外気粉塵センサ30c、及び外気空気品質センサ30dを設けて外気の温度、湿度、粉塵、ガス量を検出する例について説明したが、これに限定することなく、例えば塩分濃度等を検出し、あらかじめ設定された閾値と比較するようにしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the outside
また、上述した実施形態では、熱交換器としてヒートパイプ16を用いた例について説明したが、これに限らず熱交換可能なものであれば、他のものであってもよい。
Further, in the above-described embodiment, an example of using the
さらに、上述した実施形態では、空調対象室としてデータセンタのサーバ室13に適用した例について説明したが、これ以外に例えば各種工場にも適用可能である。
Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the
10 空調装置本体
10N グループ内他空調装置本体
11 第1室
12 第2室
13 サーバ室
13a 第1開口部
13b 第2開口部
14 仕切部
14a 連通口
15 シャッタ(開閉部材)
16 ヒートパイプ(熱交換器)
17 第3室
17a 開口部(第1開口部)
18 第4室
18a 開口部
19 補助水冷板
21 第5室
21a 開口部
22 第6室
22a 開口部(第2開口部)
23 外気導入ファン
24 内気導入ファン
25 第1連通路
26 第2連通路
30 センサ群
30a 外気温度センサ(検出手段)
30b 外気湿度センサ(検出手段)
30c 外気粉塵センサ(検出手段)
30d 外気空気品質センサ(検出手段)
31 制御装置(制御手段)
32 外気導入ファン駆動用モータ
33 モータ駆動装置
34 内気導入ファン駆動用モータ
35 モータ駆動装置
36 シャッタ開閉用モータ
37 シャッタ駆動装置
38a 内気1温度センサ(検出手段)
38n 内気N温度センサ(検出手段)
39a 内気1湿度センサ(検出手段)
39n 内気N湿度センサ(検出手段)
40a サーバ室温度センサ
40b サーバ室湿度センサ
41 グループ内他空調装置
42 上位設備システム
43 クラウドシステム
10 Air conditioner
16 heat pipe (heat exchanger)
17
18
23 outside
30b outside air humidity sensor (detection means)
30c outside air dust sensor (detection means)
30d outside air quality sensor (detection means)
31 control device (control means)
32 outside air introduction
38n Inside air N temperature sensor (detection means)
39a inside air 1 humidity sensor (detection means)
39n Inside air N humidity sensor (detection means)
40a Server
Claims (4)
箱状に形成され、前記外気を取り入れる側に臨む第1室と前記空調対象室側に臨む第2室とに仕切る仕切部が設けられた空調装置本体と、
前記空調装置本体を通して前記空調対象室に取り込まれる、少なくとも外気の温度、湿度、粉塵、ガス量を検出する検出手段と、
前記仕切部に設置され、前記検出手段により検出された外気の温度、湿度、粉塵、ガス量があらかじめ設定された閾値を超えないときに開け、前記閾値を超えたときに閉じる開閉部材と、
前記空調装置本体内において前記仕切部と交差するように前記第1室及び前記第2室に臨み、前記外気の温度と前記冷却すべき前記空調対象室の内気の温度を熱交換して冷却可能に設置された熱交換器と、
外気温が一定温度以下の通常運転時は前記開閉部材を閉じて前記熱交換器を介して冷却された前記内気を前記空調対象室内に導入する前記間接外気空調運転により冷却するように切替制御するとともに、前記外気温が一定温度を超えて前記検出手段により検出された外気の温度、湿度、粉塵、ガス量があらかじめ設定された閾値を超えないときには前記開閉部材を開けて前記外気を前記空調対象室内に導入してこの空調対象室内を前記直接外気空調運転により冷却するように切替制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする空調装置。 An air conditioner capable of switching between a direct outdoor air conditioning operation in which outside air is directly introduced into an air-conditioned room and an indirect outdoor air conditioning operation in which the outside air is indirectly introduced into the air-conditioned room,
an air conditioner main body formed in a box shape and provided with a partition portion for partitioning into a first chamber facing the outside air intake side and a second chamber facing the air conditioned room side;
detection means for detecting at least the temperature, humidity, dust, and gas amount of outside air taken into the air-conditioned room through the air conditioner body;
an opening/closing member installed in the partition, opened when the temperature, humidity, dust, and gas amount of the outside air detected by the detection means does not exceed a preset threshold value, and closed when the threshold value is exceeded;
Facing the first chamber and the second chamber so as to intersect the partition within the main body of the air conditioner, the temperature of the outside air and the temperature of the inside air of the air-conditioned room to be cooled can be heat-exchanged for cooling. a heat exchanger installed in
During normal operation when the outside air temperature is below a certain temperature, switching control is performed so that cooling is performed by the indirect outside air air conditioning operation in which the opening/closing member is closed and the inside air cooled through the heat exchanger is introduced into the air-conditioned room. In addition, when the outside air temperature exceeds a predetermined temperature and the outside air temperature, humidity, dust, and gas amount detected by the detecting means do not exceed preset threshold values, the open/close member is opened to allow the outside air to be air-conditioned. a control means for performing switching control so that the air-conditioned room is introduced into the room and cooled by the direct outdoor air-conditioning operation;
An air conditioner comprising:
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