KR101312245B1

KR101312245B1 - 공조기 운전 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101312245B1
Application number: KR1020110139109A
Authority: KR
Inventors: 기미히코 요시다; 히로시 노구치
Original assignee: 아즈빌주식회사
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-09-26
Also published as: JP2012159213A; KR20120088522A; US20120197445A1; CN102620379B; CN102620379A; JP5525465B2

Abstract

본 발명은 공조기의 에너지 소비 효율을 향상시켜 에너지 소비량을 저감하는 것을 목적으로 한다.
서버를 수납한 복수의 서버랙과 이 서버랙을 냉각시키는 복수의 공조기가 배치된 서버룸에서, 공조기 운전 제어 장치(4)는 각 공조기를 제어한다. 공조기 운전 제어 장치(4)는 각 서버랙의 전류값으로부터 각 공조기가 담당하는 존의 공조 부하를 산출하는 공조 부하 산출부(42)와, 공조 부하와, 각 공조기의 환기 온도와 급기 온도의 최대 온도차로부터, 각 공조기의 급기 온도가 일정값 이상이 되도록 환기 온도 설정값을 공조기마다 산출하여, 각 공조기에 환기 온도 설정값을 출력함으로써, 각 공조기를 제어하는 제어부(44)를 포함한다.

Description

공조기 운전 제어 장치 및 방법{DRIVING CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR AIR CONDITIONER}

본 발명은 서버를 수납한 복수의 서버랙과 이 서버랙을 냉각시키는 복수의 공조기가 배치된 서버룸이나 데이터 센터에서, 공조 공간이 지나치게 냉각되지 않도록 온도 설정을 억제 제어하는 공조기 운전 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

CRAC(Computer Room Air Conditioner)는 다수의 서버랙이 설치된 서버룸 또는 데이터 센터에 설치되는 고현열형(高顯熱型) 패키지 공조기이다. 서버룸 내부는 CRAC에 의해 공기 분산이 이루어져, 과도하게 공기의 움직임이 있는 영역이나 핫스팟(hot spot; 열 축적) 영역을 없앨 필요가 있다. 또한, 서버룸에서는 기기로부터 발생하는 일정한 열부하를 기준으로 하여 최선의 레이아웃으로 CRAC를 설치한다. 서버랙으로부터의 난기는 서버룸의 천장 안쪽의 배기 플리넘(plenum; 천장 안쪽 공간)으로 배출된다. CRAC는 이 난기(환기)를 상부로부터 흡입하고, 흡입한 공기를 냉각시킨다. CRAC에 의해 냉각된 냉기(급기)는 서버룸의 바닥 밑의 급기 플리넘(바닥 밑 공간)에 배출되고, 급기 플리넘으로부터 서버룸으로 불어내도록 되어 있다. CRAC는 급기 온도가 일정해지도록, 혹은 환기 온도가 일정해지도록 제어한다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2009-140421호 공보

종래의 제어에서는, 온도 설정값이 고정적이기 때문에, 공조 부하에 따른 적절한 설정값으로 되어 있지 않을 때에는, 안전을 고려한 지나친 냉각 상태가 되어 CRAC의 에너지 소비 효율(COP)이 나빠진다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 공조기의 에너지 소비 효율을 향상시켜, 에너지 소비량을 저감할 수 있는 공조기 운전 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 서버를 수납한 복수의 서버랙과 이 서버랙을 냉각시키는 복수의 공조기가 배치된 서버룸에서의 공조기 운전 제어 장치로서, 각 서버랙의 전류값으로부터 각 공조기가 담당하는 존의 공조 부하를 산출하는 공조 부하 산출 수단과, 상기 공조 부하와, 각 공조기의 환기 온도와 급기 온도의 최대 온도차로부터, 각 공조기의 급기 온도가 일정값 이상이 되도록 환기 온도 설정값을 공조기마다 산출하여 각 공조기에 상기 환기 온도 설정값을 출력함으로써, 각 공조기를 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 공조기 운전 제어 장치의 일 구성예는 외기 온도의 정보를 취득하는 외기 온도 취득 수단을 더 포함하고, 상기 제어 수단은 각 공조기의 환기 온도 설정값을 산출할 때에, 상기 외기 온도에 따라 상기 최대 온도차를 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 공조기 운전 제어 방법은, 각 서버랙의 전류값으로부터 각 공조기가 담당하는 존의 공조 부하를 산출하는 공조 부하 산출 단계와, 상기 공조 부하와, 각 공조기의 환기 온도와 급기 온도의 최대 온도차로부터, 각 공조기의 급기 온도가 일정값 이상이 되도록 환기 온도 설정값을 공조기마다 산출하여 각 공조기에 상기 환기 온도 설정값을 출력함으로써, 각 공조기를 제어하는 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 공조 부하를 존마다 산출하고, 이 공조 부하에 기초해서 각 공조기의 환기 온도 설정값을 산출하여 각 공조기를 제어하기 때문에, 지나친 냉각 상태를 억제할 수 있어, 각 공조기의 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명에서는, 에너지 소비량을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 각 공조기의 환기 온도 설정값을 산출할 때에, 외기 온도에 따라 최대 온도차를 결정함으로써, 각 공조기를 보다 적절하게 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 서버룸의 구성을 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 공조기 운전 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 공조기 운전 제어 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 서버룸의 구성을 도시한 평면도이다. 서버룸(1) 내에는, 복수의 서버랙(2)과, 복수의 CRAC(3)가 설치되어 있다. 전술한 바와 같이, 각 서버랙(2)으로부터의 난기는 서버룸(1)의 천장 안쪽의 배기 플리넘(도시되지 않음)으로 배출된다. CRAC(3)에 의해 냉각된 급기는 서버룸(1)의 바닥 밑의 급기 플리넘에 배출되고, 급기 플리넘으로부터 서버룸(1)으로 불어내도록 되어 있다.

본 실시형태에서는, 각 CRAC(3)가 담당하는 서버룸(1)의 분할 영역인 존(Z1, Z2)이 명확히 정의되어 있다. 즉, 각 CRAC(3)가 어떤 서버랙(2)의 냉각을 담당할지가 명확히 정의되게 된다. 이러한 정의는 서버랙(2)이나 CRAC(3)의 배치 상황에 따라 설계자가 미리 정의해 두면 좋다.

다음에, 복수의 CRAC(3)를 제어하는 본 실시형태의 공조기 운전 제어 장치(4)에 대해서 설명한다. 도 2는 공조기 운전 제어 장치(4)의 구성을 도시한 블록도이다. 공조기 운전 제어 장치(4)는 각 CRAC(3)가 배출하는 급기의 온도를 취득하는 급기 온도 취득부(40)와, 각 CRAC(3)가 흡입하는 환기의 온도를 취득하는 환기 온도 취득부(41)와, 각 CRAC(3)가 담당하는 존(Z1, Z2)의 공조 부하를 산출하는 공조 부하 산출부(42)와, 각 CRAC(3)의 풍량 정보를 취득하는 풍량 취득부(43)와, 각 CRAC(3)를 제어하는 제어부(44)와, 외기 온도를 취득하는 외기 온도 취득부(45)로 구성된다. 각 CRAC(3)와 공조기 운전 제어 장치(4) 사이는 네트워크(5)에 의해 접속되어 있다.

도 3은 공조기 운전 제어 장치(4)의 동작을 나타낸 흐름도이다. 급기 온도 취득부(40)는 각 CRAC(3)로부터 네트워크(5)를 통해 급기 온도의 정보를 취득한다(도 3 단계 S1). 각 CRAC(3)는 냉각시킨 급기를 서버룸(1)의 바닥 밑의 급기 플리넘에 배출한다. 각 CRAC(3)의 하부에는 도시하지 않은 급기 온도 센서가 설치되어 있다. 급기 온도 취득부(40)는 이 급기 온도 센서가 계측한 급기 온도의 값을 취득한다.

환기 온도 취득부(41)는 각 CRAC(3)로부터 네트워크(5)를 통해 환기 온도의 정보를 취득한다(도 3 단계 S2). 각 CRAC(3)는 서버룸(1)의 천장 안쪽의 배기 플리넘으로부터 환기를 흡입한다. 각 CRAC(3)의 상부에는 환기 온도 센서가 설치되어 있다. 환기 온도 취득부(41)는 이 환기 온도 센서가 계측한 환기 온도의 값을 취득한다.

공조 부하 산출부(42)는 각 CRAC(3)가 담당하는 존(Z1, Z2)의 공조 부하를 존마다 산출한다(도 3 단계 S3). 공조 부하 산출부(42)는 각 서버랙(2)의 전류의 값을 도시하지 않은 분전반 혹은 각 서버랙(2)에 설치된 전류계로부터 취득한다. 전술한 바와 같이, 각 서버랙(2)이 어느 존에 속할지는 미리 정의되어 있기 때문에, 공조 부하 산출부(42)는 전류값을 존 단위로 집계할 수 있다. 그리고, 공조 부하 산출부(42)는 존 단위의 전류값으로부터 존마다 소비 전력을 산출한다. 복수의 서버가 탑재된 서버랙(2)의 경우, 서버랙(2)의 각 서버에서 소비되는 전력의 대부분은 열로 변한다. 따라서, 존 단위의 소비 전력을 계산할 수 있으면, 각 존의 공조 부하를 도출할 수 있게 된다.

풍량 취득부(43)는 각 CRAC(3)로부터 네트워크(5)를 통해 풍량 정보를 취득한다(도 3 단계 S4).

다음에, 제어부(44)는 급기 온도 취득부(40)가 취득한 급기 온도와, 환기 온도 취득부(41)가 취득한 환기 온도와, 공조 부하 산출부(42)가 산출한 공조 부하와, 풍량 취득부(43)가 취득한 풍량에 기초하여 각 CRAC(3)를 제어한다(도 3 단계 S5).

이하의 설명에서는, 각 CRAC(3)를 정(定)풍량의 공조기로 하고, 각 CRAC(3)의 냉방 능력(RT)을 50 kW, 각 CRAC(3)의 환기 온도와 급기 온도의 최대 온도차(입출력 최대 온도차)(ΔT)를 10℃로 한다.

제어부(44)는 기준이 되는 급기 온도 설정값(SAT)이 20℃이고, 존(Z1)의 공조 부하(L)가 50 kW일 경우, 존(Z1)을 담당하는 CRAC(3)의 환기 온도 설정값(RAT)을 이하와 같이 산출한다.

RAT = L/RT×ΔT+SAT = 50 kW/50 kW×10℃+20℃ = 30℃···(1)

또한, 제어부(44)는 존(Z2)의 공조 부하(L)가 25 kW일 경우, 존(Z2)을 담당하는 CRAC(3)의 환기 온도 설정값(RAT)을 이하와 같이 산출한다.

RAT = L/RT×ΔT+SAT = 25 kW/50 kW×10℃+20℃ = 25℃···(2)

이렇게 해서, 제어부(44)는 각 CRAC(3)의 급기 온도가 일정값 이상이 되도록, 환기 온도 설정값(RAT)을 CRAC마다(즉, 존마다) 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(44)는 급기 온도 설정값(SAT)과 CRAC마다 산출한 환기 온도 설정값(RAT)을 대응하는 CRAC(3)에 출력한다.

각 CRAC(3)는 환기 온도 센서로 계측하는 환기 온도가 공조기 운전 제어 장치(4)로부터 출력된 환기 온도 설정값(RAT)과 일치하고, 급기 온도 센서로 계측하는 급기 온도가 공조기 운전 제어 장치(4)로부터 출력된 급기 온도 설정값(SAT)과 일치하도록 환기를 냉각시킨다.

공조기 운전 제어 장치(4)는 이상과 같은 단계 S1∼S5의 처리를 서버룸(1)의 공조 제어가 종료될 때까지(도 3 단계 S6에 있어서 YES), 일정 시간마다 수행한다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 공조 부하를 존마다 산출하고, 이 공조 부하에 기초해서 각 CRAC의 환기 온도 설정값을 산출하여 CRAC를 제어하기 때문에, 지나친 냉각 상태를 억제할 수 있어, 각 CRAC의 운전 효율을 향상시킬 수 있다.

종래에는, 바닥 밑의 급기 플리넘에 있어서 복수의 CRAC로부터의 급기 풍량이 혼합되어 각 CRAC가 담당하는 존이 불명확한 상태로 되어 있었다. 본 실시형태에서는, 각 CRAC가 담당하는 존을 명확히 정의하여 CRAC와 서버랙과의 대응 관계를 명확히 하고, 각 CRAC가 조달해야 되는 공조 부하(IT 부하)를 파악함으로써, 공조 공간이 지나치게 냉각되지 않도록 온도 설정을 억제 제어할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, CRAC의 환기 온도와 급기 온도의 최대 온도차(ΔT)를 고정값으로 하고 있지만, 외기 온도에 따라 변화시키도록 하여도 좋다. 그 이유는 외기 온도에 따라 CRAC의 냉방 능력이 변화하기 때문이다.

외기 온도 취득부(45)는 도시하지 않은 외기 온도 센서로부터 외기 온도의 정보를 취득하거나 혹은 기상 예보 기관으로부터 외기 온도의 정보를 취득한다.

제어부(44)는 도 3의 단계 S5에 있어서 각 CRAC(3)의 환기 온도 설정값(RAT)을 산출할 때에, 외기 온도에 따라 최대 온도차(ΔT)를 결정한다. 외기 온도와 최대 온도차(ΔT)의 관계는 미리 제어부(44)에 등록되어 있다. 제어부(44)는 이 기지의 관계에 기초하여 외기 온도로부터 최대 온도차(ΔT)를 결정한다.

이렇게 해서, 외기 온도에 따라 최대 온도차(ΔT)를 변화시킴으로써, CRAC를 보다 적절하게 제어할 수 있다.

본 실시형태에서 설명한 공조기 운전 제어 장치(4)는 CPU, 기억 장치 및 인터페이스를 구비한 컴퓨터와, 이들 하드웨어 자원을 제어하는 프로그램에 의해 실현될 수 있다. CPU는 기억 장치에 저장된 프로그램에 따라 본 실시형태에서 설명한 처리를 실행한다.

본 발명은 서버룸이나 데이터 센터에서, 공조 공간이 지나치게 냉각되지 않도록 온도 설정을 억제 제어하는 기술에 적용될 수 있다.

1 : 서버룸 2 : 서버랙
3 : CRAC 4 : 공조기 운전 제어 장치
5 : 네트워크 40 : 급기 온도 취득부
41 : 환기 온도 취득부 42 : 공조 부하 산출부
43 : 풍량 취득부 44 : 제어부
45 : 외기 온도 취득부

Claims

서버를 수납한 복수의 서버랙과 이 서버랙을 냉각시키는 복수의 공조기가 배치된 서버룸에서의 공조기 운전 제어 장치에 있어서,
각 서버랙의 전류값으로부터 각 공조기가 담당하는 존의 공조 부하를 산출하는 공조 부하 산출 수단과,
상기 공조 부하와, 각 공조기의 환기 온도와 급기 온도의 최대 온도차로부터, 각 공조기의 급기 온도가 일정값 이상이 되도록 환기 온도 설정값을 공조기마다 산출하여, 각 공조기에 상기 환기 온도 설정값을 출력함으로써, 각 공조기를 제어하는 제어 수단
을 포함하는 것을 특징으로 하는 공조기 운전 제어 장치.
제1항에 있어서, 외기 온도의 정보를 취득하는 외기 온도 취득 수단을 더 포함하고,
상기 제어 수단은 각 공조기의 환기 온도 설정값을 산출할 때에, 상기 외기 온도에 따라 상기 최대 온도차를 결정하는 것을 특징으로 하는 공조기 운전 제어 장치.
서버를 수납한 복수의 서버랙과 이 서버랙을 냉각시키는 복수의 공조기가 배치된 서버룸에서의 공조기 운전 제어 방법에 있어서,
각 서버랙의 전류값으로부터 각 공조기가 담당하는 존의 공조 부하를 산출하는 공조 부하 산출 단계와,
상기 공조 부하와, 각 공조기의 환기 온도와 급기 온도와의 최대 온도차로부터, 각 공조기의 급기 온도가 일정값 이상이 되도록 환기 온도 설정값을 공조기마다 산출하여, 각 공조기에 상기 환기 온도 설정값을 출력함으로써, 각 공조기를 제어하는 제어 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조기 운전 제어 방법.
제3항에 있어서, 상기 제어 단계 전에, 외기 온도의 정보를 취득하는 외기 온도 취득 단계를 더 포함하고,
상기 제어 단계는 각 공조기의 환기 온도 설정값을 산출할 때에, 상기 외기 온도에 따라 상기 최대 온도차를 결정하는 것을 특징으로 하는 공조기 운전 제어 방법.