WO2012081092A1

WO2012081092A1 - 空調制御システム及び風量調整装置

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Publication number: WO2012081092A1
Application number: PCT/JP2010/072551
Authority: WO
Inventors: 宇野　和史; 武井　文雄; 丈夫笠嶋; 柏川　貴弘; 石鍋　稔; 恭子只木
Original assignee: 富士通株式会社
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-06-21
Also published as: US20130273825A1; JPWO2012081092A1; EP2653797B1; EP2653797A1; JP5601379B2; EP2653797A4

Abstract

【課題】データセンター等の施設で消費する電力をより一層削減できる風量調整装置及び空調制御システムを提供する。【解決手段】計算機を収納したラックが配置される機器設置エリアと、機器設置エリアの床下に設けられて空調機から低温のエアーが供給されるフリーアクセスフロアとを連絡する通風口に、風量調整装置２０を配置する。この風量調整装置２０は、エアーが通る開口部２７が設けられた風量調整シート２２と、風量調整シート２２の一方の端部に接続されて風量調整シート２２を巻き取り可能な第１のロール２１ａと、第１のロール２１ａと離隔して配置され、風量調整シート２２の他方の端部に接続されて風量調整シート２２を巻き取り可能な第２のロール２１ｂとを有する。

Description

空調制御システム及び風量調整装置

　本発明は、空調制御システム及び風量調整装置に関する。

　近年、高度情報化社会の到来にともなって計算機で多量のデータが扱われるようになり、多数の計算機を同一室内に設置して一括管理することが多くなっている。例えばデータセンターでは、計算機室内に多数のラック（サーバーラック）を設置し、それぞれのラックに複数の計算機（サーバ）を収納している。そして、それらの計算機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、ラックマウント型（ラックに収納するタイプ）の計算機では、一般的に室内のエアーをラックの一方の面側から取り込んでＣＰＵ（Central Processing Unit）等を冷却し、それにより高温になったエアーをラックの他方の面側から排出している。計算機を設置した部屋の温度が高くなると計算機の故障や誤動作の原因になるため、データセンターでは計算機の温度が許容温度を超えないように、空調機により計算機室の温度を管理している。

　データセンターにおいて空調に要する電力消費量は、各計算機で消費される電力の合計に匹敵するほど大きいといわれている。このため、空調に要する電力の削減が要望されている。

　一方、ＣＰＵの性能向上、ＯＳ（Operating System）の６４ビット化、及びハードディスクドライブの大容量化などにともない、１台の計算機（物理サーバ）に複数の仮想マシン（Virtual Machine：ＶＭ）を搭載して運用することが可能になってきた。そこで、ＣＰＵ使用率が低い複数の計算機（物理サーバ）の仮想マシンを１台の計算機に集約し、それによりアイドル状態になった計算機の電源を一時的にオフにするいわゆるＶＭ集約／配置技術が開発され、徐々に実用化されつつある。

　ラックマウント型計算機では、アイドル状態でも１００Ｗ程度の電力を消費するので、ＶＭ集約／配置技術を使用してアイドル状態になった計算機の電源をオフにすることにより、データセンターで消費する電力を大幅に削減することができる。

特開２００９－２９９９１９号公報特開２０１０－３２１７４号公報特開２００６－６４２８３号公報

　しかしながら、省エネルギー及び地球温暖化防止の観点から、データセンターで消費する電力のより一層の削減が望まれる。

　以上から、データセンター等の施設で消費する電力をより一層削減できる空調制御システム及び風量調整装置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、複数の計算機が収納されたラックと、前記ラックが配置される機器設置エリアと、前記機器設置エリアの床下に設けられたフリーアクセスフロアと、前記機器設置エリアからエアーを取り込み、前記フリーアクセスフロアに温度調整されたエアーを供給する空調機と、前記機器設置エリアと前記フリーアクセスフロアとを連絡する通風口と、前記通風口に配置されて前記フリーアクセスフロアから前記機器設置エリアに流れるエアーの量を調整する風量調整装置と、前記風量調整装置を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを有し、前記風量調整装置は、エアーが通る開口部が設けられた風量調整シートと、前記風量調整シートの一方の端部に接続されて前記風量調整シートを巻き取り可能な第１のロールと、前記第１のロールと離隔して配置され、前記風量調整シートの他方の端部に接続されて前記風量調整シートを巻き取り可能な第２のロールとを有する空調制御システムが提供される。

　開示の技術の他の観点によれば、エアーが通る開口部が設けられた風量調整シートと、前記風量調整シートの一方の端部に接続されて前記風量調整シートを巻き取り可能な第１のロールと、前記第１のロールと離隔して配置され、前記風量調整シートの他方の端部に接続されて前記風量調整シートを巻き取り可能な第２のロールとを有する風量調整装置が提供される。

　上記一観点による空調制御システムでは、フリーアクセスフロアと機器設置エリアとを連絡する通風口に、風量調整装置を配置する。この風量調整装置は、第１のロール、第２のロール及び風量調整シートを有する。そして、風量調整シートのうち第１のロールと第２のロールとの間に配置する部分を変更することにより、フリーアクセスフロアから通風口を介して機器設置エリアに流れるエアーの量を調整することができる。これにより、計算機の発熱量に応じて通風口から機器設置エリアに供給されるエアーの量を調整することができ、計算機を効率よく冷却できる。その結果、データセンター等の施設で消費する電力が削減される。

図１は、計算機室の一例を説明する平面図である。図２は、計算機室の模式的な斜視図である。図３は、計算機がラック内に収納された状態の模式図である。図４は、実施形態に係る風量調整装置を例示した斜視図（その１）である。図５は、実施形態に係る風量調整装置を例示した斜視図（その２）である。図６は、複数の開口パターン（開口部）が設けられた風量調整シート（その１）を例示する展開図である。図７は、複数の開口パターン（開口部）が設けられた風量調整シート（その２）を例示する展開図である。図８は、第１の空調制御システムを例示する模式図である。図９は、第１の空調制御システムの動作を例示するフローチャートである。図１０は、第１の空調制御システムの動作を例示する模式図である。図１１は、グリルからラックへのエアーの流れを表した模式図である。図１２は、グリルの開口率と各グリルから吹き出すエアーの風量との関係をシミュレーションした結果を表した図である。図１３は、シミュレーション計算時の計算機室内のレイアウトを表した模式図である。図１４（ａ）は風量調整シートに設けられた開口パターンの他の例を説明する斜視図、図１４（ｂ）はその風量調整シートがグリルに配置されている状態を示す模式図である。図１５は、第２の空調制御システムを例示する模式図である。

　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。

　図１は、計算機室の一例を説明する平面図、図２は同じくその計算機室の模式的な斜視図、図３は計算機がラック内に収納された状態の模式図である。

　計算機室１０は、図２のように、ラック（サーバラック）１１が設置される機器設置エリア１０ａと、機器設置エリア１０ａの床下に設けられて電力ケーブル及び通信ケーブル等が配置されるフリーアクセスフロア（床下空間）１０ｂとを有する。

　機器設置エリア１０ａには、図１のように、多数のラック１１が列毎に並んで配置されている。また、図３のように、各ラック１１にはそれぞれ複数の計算機（物理サーバ）１６が高さ方向に並んで収納されている。

　各計算機１６にはそれぞれ冷却ファン１７が設けられている。この冷却ファン１７は例えばＣＰＵの温度に応じた回転数で回転してラック１１の前面（以下、「吸気面」という）側からエアーを取り込み、ＣＰＵを冷却して高温になったエアーを背面（以下、「排気面」という）側から排出する。

　隣り合う列のラック１１は、吸気面と吸気面又は排気面と排気面とが向き合うように配置されている。吸気面側の通路の床には、１又は複数のラック１１毎に、フリーアクセスフロア１０ｂと機器設置エリア１０ａとを連絡するグリル（通風口）１３が設けられている。

　また、計算機室１０には、１又は複数の空調機１５が設置されている。空調機１５は機器設置エリア１０ａからエアーを取り込み、フリーアクセスフロア１０ｂに温度調整された低温のエアーを供給する。この低温のエアーは、グリル１３を介して機器設置エリア１０ａに送り出され、ラック１１に吸気面側から取り込まれる。そして、ラック１１内の計算機１６を冷却して温度が上昇したエアー（排気）は、ラック１１の排気面側から機器設置エリア１０ａに排出される。

　図１，図２に記載の計算機室１０では、隣り合うラック列を、ラック１１の吸気面と吸気面又は排気面と排気面とが向き合うように配置している。これにより、グリル１３を介して低温のエアーが供給されるエリアとラック１１から高温のエアーが排出されるエリアとが空間的に分離され、ラック１１の効率的な冷却が可能になる。以下、低温のエアーが供給されるラック吸気面側のエリアをコールドアイルと呼び、高温のエアーが排出されるラック排気面側のエリアをホットアイルと呼ぶ。

　計算機室１０内のエアーは、空調機１５、フリーアクセスフロア１０ｂ、機器設置エリア１０ａ（コールドアイル）、ラック１１、機器設置エリア１０ａ（ホットアイル）、空調機１５という順番で循環する。

　ところで、計算機１６は、投入されたジョブによりＣＰＵ使用率が変化し、多量のジョブが投入された計算機１６や負荷が大きいジョブが投入された計算機１６ではジョブの処理にともなって多量の熱が発生する。一方、空調機１５から送り出される低温のエアーは、グリル１３を介して各ラック１１にほぼ均一に供給される。そのため、単に計算機室１０内の温度を空調機１５により調整するだけでは、局所的に冷却不足が発生するおそれがある。

　例えば冷却能力が大きい空調機を使用し、その空調機を常に最大能力で運転することにより、局所的な冷却不足を解消することは可能である。しかし、その場合は空調に要する電力が増大するという問題が発生する。このため、計算機室１０の効率的な空調が要望される。

　計算機室１０内の効率的な空調を実現するために、空調機１５とは別に局所冷却装置を使用して、発熱量（収納された計算機の発熱量の総和）が多いラック１１を局所的に冷却することが提案されている。しかし、その場合は、局所冷却装置の設置にともなうコストが必要になるだけでなく、局所冷却装置の電力消費量が比較的多いので、空調に要する電力を削減する効果を十分に得ることができない。

　一方、フリーアクセスフロア１０ｂから機器設置エリア１０ａに供給される低温のエアーの量をグリル１３毎に調整することが考えられる。すなわち、グリル１３から供給されるエアーの量を動的に変化させ、発熱量が多いラック１１にはグリル１３から供給されるエアーの量を多くし、発熱量が少ないラック１１にはグリル１３から供給されるエアーの量を少なくする。これにより、局所冷却装置を使用したのと同様の効果を得ることができる。

　グリル１３から供給されるエアーの量を動的に変化させるために、各グリル１３に電動ファンを配置することが考えられる。以下、電動ファンが配置されたグリル１３を、電動ファン式グリルと呼ぶ。電動ファン式グリルを採用した空調制御システムでは、例えば各ラック１１の発熱量に応じて各グリル１３の電動ファンの回転数を制御するとともに、全ラック１１の発熱量の平均値に応じて空調機１５の設定温度及びエアー吹き出し量を調整する。これにより、空調に要する電力を削減しつつ、局所的な冷却不足を回避できる。

　しかし、このような空調制御システムでは、計算機室１０内に多数の電動ファンが必要になり、初期コストやメンテナンスコストが高くなる。また、電動ファンを停止してもフリーアクセスフロア１０ｂと機器設置エリア１０ａとの間の圧力差により低温のエアーがグリル１３を通過する。このため、停止中のラック１１にも低温のエアーが供給され、その分稼動中のラック１１に供給される低温のエアーの量が少なくなる。その結果、冷却効率が低下する。更に、各グリル１３にそれぞれ電動ファンを設置すると重量が大幅に増加するため、床の補強や耐震工事が必要になることもある。

　各グリル１３にルーバーを配置し、ルーバーの羽板の角度を調整してグリル１３の開口率を変化させて、グリル１３からラック１１に供給されるエアーの量を調整することも考えられる。以下、ルーバーが配置されたグリルをルーバー式グリルと呼ぶ。ルーバー式グリルの場合、電動ファン式グリルよりも軽量にできるので、床の補強や耐震工事は不要であり、比較的安価に実現できる。

　しかし、ルーバー式グリルの場合、羽板の角度により開口率を調整するため、開口率に応じてグリル１３から吹き出すエアーの角度が変化してしまう。つまり、グリル１３の開口率が低いときにはラック１１の低い位置に配置された計算機１６に低温のエアーが優先的に供給され、高い位置に配置された計算機１６に供給される低温のエアーの量が少なくなってしまう。

　以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

　（風量調整装置）
　図４，図５は、実施形態に係る風量調整装置を例示した斜視図（模式図）である。なお、以下の説明においても、計算機室１０内のレイアウトを例示した図１，図２、及びラック１１内に収納された計算機１６を例示した図３を参照する。

　本実施形態に係る風量調整装置２０は、図５のようにグリル板３１の下に配置される。また、本実施形態に係る風量調整装置２０は、送り出しロール２１ａと、巻き取りロール２１ｂと、風量調整シート２２とを有している。

　グリル板３１は機器設置エリア１０ａの床に設けられた通風口（グリル１３）の上に配置され、フリーアクセスフロア１０ｂからラック設置エリア１０ａに供給されるエアーが通る通気穴３１ａが複数設けられている。このグリル板３１は、メンテナンス時に人が乗っても破損しない程度の耐荷重を有している。

　送り出しロール２１ａは例えば通風口（グリル１３）のラック１１側の辺に沿って配置され、巻き取りロール２１ｂは送り出しロール２１ａが配置された側の辺に対向する辺に沿って配置される。送り出しロール２１ａはその両端を軸受けガイド２３ａに支持され、モータ２４ａにより回転する。また、巻き取りロール２１ｂはその両端を軸受けガイド２３ｂに支持され、モータ２４ｂにより回転する。

　風量調整シート２２は厚手の樹脂フィルム又は布等により形成されており、送り出しロール２１ａから巻き取りロール２１ｂに架け渡されている。この風量調整シート２２には、エアーが通流する開口部２７が設けられている。本実施形態では、図６の展開図に例示するように、風量調整シート２２の長手方向に沿ってそれぞれ異なる形状の複数の開口パターン（開口部）２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，…が設けられている。風量調整シート２２は、モータ２４ｂの回転により送り出しロール２１ａから送り出されて巻き取りロール２１ｂに巻き取られ、モータ２４ａの回転により巻き取りロール２１ｂから巻き解かれて送り出しロール２１ａに巻き取られる。

　なお、図７は、図６に示す開口パターン２７ａ，２７ｂ，２７ｃとは異なる形状の開口パターン２７ｄ，２７ｅ，２７ｆを有する風量調整シート２２を例示する図である。風量量調整シート２２の開口パターンの形状は、計算機の稼動状態に応じて適宜設定すればよい。また、エアーの流れによる風量調整シート２２のうねりを防止して風量調整シート２２の移動をスムーズにするために、例えば風量調整シート２２の幅方向の両側を押えるシートガイドを設けてもよい。

　図４のように、風量調整シート２２の幅方向の一方の縁部には位置制御用マーカー２５が設けられており、軸受けガイド２３ａの近傍にはマーカー読み取り用センサ２６が配置されている。本実施形態では、マーカー２５として、風量調整シート２２の縁部に複数の穴が設けられている。マーカー読み取り用センサ２６は、後述する駆動部４４に接続され、マーカー２５を検出すると所定の信号を駆動部４４に出力する。この信号に基づいて駆動部４４がモータ２４ａ，２４ｂを駆動制御することにより、送りロール２１ａと巻き取りロール２１ｂとの間に風量調整シート２２の所望の部分を配置することができる。なお、マーカー２５として、バーコードやＱＲコードなどを使用してもよい。

　（第１の空調制御システム）
　図８は上述の風量調整装置を用いた第１の空調制御システムを例示する模式図である。この図８のように、第１の空調制御システムは、空調機１５と、風量調整装置２０と、温度センサとなる光ファイバ４１が接続される温度分布測定部４２と、制御部４３と、駆動部４４とを有する。

　光ファイバ４１は各ラック１１の吸気面及び排気面を通るように、かつラック１１とラック１１との間はフリーアクセスフロアを通るように敷設される。温度分布測定部４２は、光ファイバ４１内を光（レーザ光）が通るときに発生するラマン散乱光を検出して、光ファイバ４１が敷設されたラック１１の吸気面及び排気面の温度分布を測定する。

　なお、ここでは温度センサとして光ファイバ４１を使用しているが、温度センサとして、各ラック１１に熱電対、サーミスタ又はＩＣ型温度センサ等を配置してもよい。また、計算機１６内のＣＰＵ又はその他の半導体チップに内蔵された温度センサを使用してもよい。

　制御部４３は、温度分布測定部４２から入力される温度分布のデータに基づき、駆動部４４及び空調機１５にそれぞれ制御信号を出力する。

　空調機１５は、制御部４３から出力される制御信号に応じて、エアーの吹き出し量や設定温度を調整する。また、駆動部４４は、制御部４３から出力される制御信号とマーカー読み取り用センサ２６（図４参照）の出力とに応じて風量調整装置２０（モータ２４ａ，２４ｂ）を制御し、各グリル１３の開口率を調整する。

　以下、上述の空調制御システムの動作例について、図８のシステム構成図及び図９のフローチャートを参照して説明する。なお、ここでは説明を簡単にするために、計算機室１０内には図１０のように４台のラック１１ａ～１１ｄが配置され、ラック１１ａ～１１ｄの吸気面側の床にはグリル１３ａ～１３ｄが設けられているものとする。

　また、ここでは、説明の便宜上、グリル板３１と風量調整シート２２の開口部２７との重なり部分の面積によりグリル１３ａ～１３ｄの開口率が定義されるものとする。すなわち、グリル板３１と風量調整シート２２の開口部２７とが完全に重なった場合を開口率１００％、グリル板３１と風量調整シート２２の開口部２７とが全く重ならない場合を開口率０％とする。

　更に、風量調整シート２２には、図６のような形状の開口パターン２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，…が設けられているものとする。更にまた、制御部４３は各グリル１３ａ～１３ｄの平均開口率に応じて空調機１５の吹き出し風量を制御するものとする。例えば、制御部４３は、グリル１３ａ～１３ｄの平均開口率が０％～１０％のときは空調機１５の吹き出し風量を１（最弱）、平均開口率が１０％～２０％のときは空調機１５の吹き出し風量を２、…、平均開口率が９０％～１００％のときは空調機１５の吹き出し風量を１０（最強）というように設定する。

　まず、ステップＳ１１において、制御部４３は、温度分布測定部４２から各ラック１１ａ～１１ｄの温度分布測定結果を取得する。その後、ステップＳ１２に移行し、制御部４３は、各ラック１１ａ～１１ｄの温度分布測定結果に基づいて、各グリル１３ａ～１３ｄの開口率と、風量調整シート２２の開口パターンとを決定する。

　次に、ステップＳ１３に移行し、制御部４３はステップＳ１２で決定した各グリル１３ａ～１３ｄの開口率及び風量調整シート２２の開口部のパターンに応じて駆動部４４を制御し、風量調整装置２０を駆動させて各グリル１３ａ～１３ｄの開口率を調整する。また、制御部４３は、各グリル１３ａ～１３ｄの平均開口率に応じて空調機１５の吹き出し風量を決定し、その吹き出し風量となるように空調機１５を制御する。

　次に、ステップＳ１４に移行し、制御部４３は温度分布測定部４２から各ラック１１ａ～１１ｄの温度分布測定結果を取得する。そして、ステップＳ１５に移行し、各ラック１１ａ～１１ｄの温度（例えば最高温度）が適正範囲内か否かを判定する。ここで、各ラック１１ａ～１１ｄの温度が適正範囲内であると判定した場合は、ステップＳ１１に戻って処理を続行する。

　一方、ステップＳ１５において各ラック１１ａ～１１ｄの温度が適正範囲から外れている場合は、ステップＳ１６に移行して、空調機１５の設定温度を変更する。その後、ステップＳ１１に戻って処理を続行する。

　図１０（ａ）では、左側２台のラック１１ａ，１１ｂ内の計算機１６が比較的負荷が軽いジョブを処理しており、右側２台のラック１１ｃ，１１ｄ内の計算機１６は停止状態であるとする。そして、制御部４３は、ラック１１ａ～１１ｄの温度分布により、ラック１１ａ，１１ｂの前のグリル１３ａ，１３ｂの開口率を２０％、ラック１１ｃ，１１ｄの前のグリル１３ｃ，１３ｄの開口率を０％に決定したものとする。また、これらのグリル１３ａ～１３ｄの開口率に応じて、風量調整シート２２の開口パターンを開口パターン２７ｂ、空調機１５の吹き出し風量を２に決定したものとする。

　制御部４３は、この決定した開口率、開口パターン及び吹き出し風量に応じて風量調整装置２０及び空調機１５を制御する。

　図１０（ｂ）では、左側２台のラック１１ａ，１１ｂ内の計算機１６は負荷が重いジョブを処理しており、右側２台のラック１１ｃ，１１ｄ内の計算機１６は比較的負荷が軽いジョブを処理しているものとする。そして、制御部４３は、ラック１１ａ～１１ｄの温度分布により、ラック１１ａ，１１ｂの前のグリル１３ａ，１３ｂの開口率を１００％、ラック１１ｃ，１１ｄの前のグリル１３ｃ，１３ｄの開口率を２０％に決定したものとする。また、これらのグリル１３ａ～１３ｄの開口率に応じて風量調整シート２２の開口パターンを開口パターン２７ｂ、空調機１５の吹き出し風量を６に決定したものとする。

　図１０（ｃ）では、ラック１１ａ、ラック１１ｂ、ラック１１ｃ、ラック１１ｄの順に計算機１６が負荷の重いジョブを処理しているものとする。そして、制御部４３は、ラック１１ａ～１１ｄの温度分布により、グリル１３ａの開口率を８８％、グリル１３ｂの開口率を６３％、グリル１３ｃの開口率を３８％、グリル１３ｄの開口率を１３％に決定したものとする。また、これらのグリル１３ａ～１３ｃの開口率に応じて、風量調整シート２２の開口パターンを開口パターン２７ｃ、空調機１５の吹き出し風量を６に決定したものとする。

　制御部４３は、この決定した開口率、開口部パターン及び吹き出し風量に応じて風量制御装置２０及び空調機１５を制御する。

　なお、上記の例ではラック１１の温度分布の測定結果に応じてグリル１３の開口率、風量調整シート２２の開口パターン及び空調機１５の吹き出し風量を設定している。しかし、予め計算機１６に投入するジョブ（又は、そのジョブを処理することによるＣＰＵの発熱量）とグリル開口率、風量調整シート２２の開口パターン及び空調機１５の吹き出し風量とを関連付け（パターン化）しておいてもよい。この場合、計算機１６に投入するジョブが決定すれば、グリル開口率、風量調整シート２２の開口パターン及び空調機１５の吹き出し風量が一義的に決定され、制御が容易になるという利点がある。

　図１１は、グリル１３からラック１１へのエアーの流れを表した模式図である。本実施形態の風量調整装置２０では、図１１のように風量調整シート２２の開口部２７介してフリーアクセスフロア１０ｂからラック１１の吸気面側（コールドアイル）に低温のエアーが供給される。

　この場合、前述のルーバー式グリルと異なり、本実施形態に係る風量調整装置２０では、グリル１３の開口率に拘わらず、グリル１３から低温のエアーがほぼ垂直方向に送り出される。このため、グリル１３の開口率に拘らず、ラック１１の吸気面全体にほぼ均一に低温のエアーが供給される。

　また、本実施形態に係る風量調整装置２０は、比較的簡単な構造であり、前述の電動ファン式グリルよりも軽量にできるので、床の補強や耐震工事が不要である。更に、本実施形態に係る風量調整装置２０は、比較的簡単な構造であるため製造コストが低く、メンテナンスも容易である。更にまた、本実施形態に係る風量調整装置２０は、電動ファン式グリルと異なり、グリル開口率を０％（全閉）にすることができる。

　更に、本実施形態に係る風量調整装置２０は、例えばグリル開口率が０％の状態でモータ２４ａ，２４ｂが故障するなどの非常時において、風量調整シート２２をナイフ等で切断することにより、ラック１１内の計算機１６に低温のエアーを供給することができる。これにより、計算機１６の冷却不足による故障を回避できる。

　なお、本実施形態では送り出しロール２１ａをモータ２４ａにより駆動しているが、モータ２４ａに替えてばねを使用し、このばねの力により送り出しロール２１ａに回転力を与えるようにしてもよい。この場合、巻き取りロール２１ｂをラッチする機構を設け、ラッチを外すと風量調整シート２２が送り出しロール２１ａに巻き取られてグリル１３の開口率が１００％になるようにしておくことが好ましい。これにより、例えばモータ２４ｂが故障するなどの非常時において、ラッチを外すことによりラック１１内の計算機１６に低温のエアーを供給することができ、計算機１６の冷却不足による故障を回避できる。

　ところで、グリル１３の開口率の変化にともなってグリル１３から吹き出すエアーの流速が変化すると、ラック１１内の各計算機１６の冷却効率が変化してしまう。例えば空調機１５の吹き出し風量が一定であるとすると、グリル１３の開口率が小さいときにはグリル１３から吹き出すエアーの流速が速くなり、ラック１１の下側に配置された計算機１６よりも上側に配置された計算機１６のほうが冷却効率が高くなる。また、グリル１３の開口率が大きいときにはグリル１３から吹き出すエアーの流速が遅くなり、ラック１１の下側に配置された計算機１６よりも上側に配置された計算機１６のほうが冷却効率が低くなる。

　従って、グリル１３の開口率が変化してもグリル１３から吹き出すエアーの流速が変化しないように空調機１５の吹き出し風量を調整することが好ましい。以下、そのような制御について説明する。

　図１２は、グリルの開口率と各グリルから吹き出すエアーの風量との関係をシミュレーションした結果を表した図である。但し、ここでは、図１３のように、計算機室内にはラック１１が４列に並んで配置されており、それらのラック列の吸気面側の床にはそれぞれグリル番号(1)からグリル番号(14)までの１４個のグリル１３がラック列に沿って設けられているものとする。１つのグリル１３の大きさは５０ｃｍ×５０ｃｍであるとする。シミュレーション対象となる列（図１３では右から２番目の列）の空調機１５側の７つのグリル１３（グリル番号(1)～(7)）の開口率を０％（開口幅０ｃｍ）、３０％（開口幅１５ｃｍ）、７０％（開口幅３５ｃｍ）又は１００％（開口幅５０ｃｍ）とし、他のグリル１３の開口率を常時１００％としている。

　図１２から、開口率が１００％のグリル１３から吹き出すエアーの量が一定となるように空調機１５の吹き出し風量を調整すれば、開口率にほぼ比例して風量が変化することがわかる。すなわち、開口率が１００％のグリル１３から吹き出すエアーの量が一定となるように空調機１５の吹き出し風量を調整すれば、グリル１３の開口率に拘らずグリル１３から吹き出すエアーの風速はほぼ一定となる。

　なお、各グリル１３の開口率が同じならば各グリル１３から吹き出すエアーの量が同じになることが好ましい。しかし、実際には図１２のように、空調機１５に近い側のグリル１３と空調機１５から遠い側のグリル１３では吹き出すエアーの風量にばらつきが生じる。このため、空調機１５からの距離に応じてグリル１３の開口率を補正するようにしてもよい。

　（風量調整シートの開口パターンの他の例）
　図１４（ａ）は風量調整シート２２に設けられた開口パターンの他の例を説明する斜視図、図１４（ｂ）はその風量調整シート２２がグリル１３に配置されている状態を示す模式図である。

　この開口パターン２７ｘでは、風量調整シート２２に四角形の一辺のみが残るように切れ込みを設けてフィン２２ａを形成し、そのようにして形成したフィン２２ａを風量調整シート２２の長さ方向（風量調整シート２２の移動方向）に沿って複数（図１４では３つ）配置している。それらのフィン２２ａは、グリル１３を通るエアーの圧力により、風量調整シート２２との接続部を支点としてチルト（傾斜）する。図１４（ａ），（ｂ）の例では、フィン２２ａと風量調整シート２２との接続部に剛性を有する棒状の部材２２ｂを配置して、風量調整シート２２の浮き上がりを防止している。

　このような開口パターン２７ｘが配置されたグリル１３において、エアーはフリーアクセスフロアからフィン２２ａに沿って斜め方向に流れる。そのため、ラック１１の下側に収納された計算機に低温のエアーが優先的に供給される。そこで、仮想マシンの配置ポリシーをこれに合わせ、仮想マシンをラック１１の下側に収納された計算機１６に優先的に搭載してそれらの仮想マシンにジョブを投入するようにすれば、計算機１６及び空調機１５を効率的に運用できる。

　なお、この開口パターン２７ｘは、他の開口パターンとともに風量調整シート２２に設けることができる。また、グリル１３からエアーが所定の角度で吹き出すように、フィン２２ａの傾斜角度を規制する傾斜角規制部材を設けてもよい。

　（第２の空調制御システム）
　図１５は、第２の空調制御システムを例示する模式図である。

　ここでは、ＶＭ集約／配置技術を使用したデータセンターの空調に適用した例について説明する。図１５において、図８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。なお、図１５中の網掛けした部分は各ラック１１内の計算機１６のＣＰＵ使用率を模式的に表したものであり、網掛けした部分の高さが高いほどラック１１内の計算機１６のＣＰＵ使用率が高いことを意味している。

　図１５のように、本実施形態に係る空調制御システムは、空調機１５と、風量調整装置２０ａ～２０ｃと、温度分布測定部４２と、制御部４３と、駆動部４４と、ＶＭ管理サーバ４５とを有する。温度分布測定部４２には、温度センサとなる光ファイバ（図示せず）が接続され、その光ファイバは各ラック１１の吸気面及び排気面を通るように敷設される。各ラック１１には、図３のように、それぞれ複数の計算機１６（物理サーバ）が収納されている。

　ＶＭ管理サーバ４５は、各ラック１１内の計算機１６から稼動状態を表すデータ、例えばＣＰＵ使用率、ＣＰＵ温度及びメモリ温度等のデータを取得する。そして、それらのデータに基づいて、各ラック１１内の各計算機１６に仮想マシンを配置し、それらの仮想マシンに投入するジョブを決定する。

　この場合、ＶＭ管理サーバ４５は、予め設定されたポリシーに基づいて仮想マシンを配置する。例えば、同一ラック１１内に収納された各計算機１６のＣＰＵ使用率が５０％～８０％となるように仮想マシンを特定のラック１１内の計算機１６に集約し、それによりアイドル状態になった計算機１６の電源をオフにする。図１５の例では、ラック番号(1)，(2)のラック１１内の計算機１６の電源をオフとし、ラック番号(3)～(8)のラック１１内の計算機１６に仮想マシンを集約してジョブを投入している。

　また、ＶＭ管理サーバ４５は、仮想マシンの配置とジョブを投入する計算機１６とが決定すると、それらのデータを制御部４３に出力する。このとき同時に、ＶＭ管理サーバ４５は、ジョブを投入した後の各計算機１６のＣＰＵ利用率、ＣＰＵ温度及びメモリ温度を予測し、その予測結果も制御部４３に出力する。

　制御部４３は、ＶＭ管理サーバ４５から取得したデータと予測結果とに基づいて、駆動部４４及び空調機１５を制御する。駆動部４４は、制御部４３から出力された信号に基づいて風量調整装置２０ａ～２０ｃを制御し、各グリルの開口率を調整する。また、空調機１５は、制御部４３から出力された信号に基づいて吹き出し風量や設定温度を調整する。

　このようにしてＶＭ管理サーバ４５から取得したデータに基づいて風量調整装置２０ａ～２０ｃ及び空調機１５を制御した後、制御部４３は温度分布測定部４２から各ラック１１の温度分布のデータを取得する。そして、各計算機１６の温度（例えば最高温度）が適正範囲内か否かを判定する。その結果、適正範囲から外れる計算機がある場合は、駆動部４４を介してグリル開口率を調整したり、又は空調機１５の吹き出し風量又は設定温度を調整する。

　第１の空調制御システム（図８参照）では、温度分布測定部４２により計算機１６の温度変化を検出してから、制御部４３によりグリル開口率、空調機１５の吹き出し風量及び設定温度が変更される。これに対し、第２の空調制御システムでは、ＶＭ管理サーバ４５から計算機１６にジョブが投入される前、又はジョブの投入とほぼ同時に、制御部４３によりグリル開口率、空調機１５の吹き出し風量及び設定温度が変更される。これにより、計算機１６の過度の加熱をより確実に防止することができ、効率的な空調制御が可能になる。

　なお、制御部４３に、過去のグリル開口率、空調機１５の吹き出し風量及び設定温度並びに各ラック１１の温度分布のデータを蓄積しておいてもよい。この場合、例えば制御部４３は、ＶＭ管理サーバ４５から送られてくるデータと蓄積したデータとに基づいてグリル開口率及び空調機１５を制御することとする。これにより、より一層効率的な空調制御が可能となる。

　ところで、図１５では、一列に並んだ８台のラック１１（ラック番号(1)～(8)）に対し３台の風量調整装置２０ａ～２０ｃが配置されているが、ラック１１の境界と風量調整装置２０ａ～２０ｃの境界とがずれている。すなわち、風量調整装置２０ａと風量調整装置２０ｂとの境界はラック番号(3)のラック１１の前にあり、風量調整装置２０ｂと風量調整装置２０ｃとの境界はラック番号(6)のラック１１の前にある。これは、フリーアクセスフロアに設けられた柱等により風量調整装置２０ａ～２０ｃの配置位置が制約されることを想定しているためである。そのような制約がないのであれば、ラック１１の境界と風量調整装置２０ａ～２０ｃの境界とを一致させてよいことは勿論である。

　図１５の例では、ラック番号(3)のラック１１の前には風量調整装置２０ａ，２０ｂの両方が配置されている。しかし、風量調整装置２０ｂがラック番号(3)のラック１１の冷却に寄与する割合は少なく（例えば３０％未満）、無視することができる。そのため、ここでは、ラック番号(3)の温度分布測定結果は風量調整装置２０ａの制御のみに使用するものとする。

　また、ラック番号(6)のラック１１の前には風量調整装置２０ｂ，２０ｃの両方が配置されており、それらの風量調整装置２０ｂ，２０ｃがラック番号(6)のラック１１の冷却に寄与する割合は比較的多く（例えば３０％以上）、無視することはできない。そのため、ここでは、ラック番号(6)の温度分布測定結果は風量調整装置２０ｂ，２０ｃの制御に使用するものとする。

　ＶＭ管理サーバ４５が各計算機１６の稼動状態（ＣＰＵ利用率等）のみで仮想マシンの配置を決定するものとすると、風量調整シート２２に付与できる開口パターンの数には限りがあるため、各ラック１１を常に最適な状態で冷却することは困難である。従って、予めＶＭ管理サーバ４５による仮想マシンの配置に制約を設けておくことが好ましい。例えば、同一の風量調整装置で冷却される２以上のラック１１には計算機１６の稼動状態がほぼ同一となるように仮想マシンを配置することとする。これにより、風量調整シート２２の開口パターン数を削減することができる。

　また、図１５の例では、ラック番号(6)のラック１１の前に風量調整装置２０ｂ，２０ｃの境界が位置している。このため、グリル１３を介してラック番号(6)のラック１１に供給される低温のエアーの量が、他のラック１１よりも少なくなることが考えられる。このような場合も、ＶＭ管理サーバ４５による仮想マシンの配置に制約を設けて、ラック番号(6)のラック１１には他のラックよりも搭載可能な仮想マシンの数を少なくしておくことが考えられる。

　仮想マシンの配置ポリシーはソフトウェアで変更可能であり、仮想マシンの配置ポリシーを風量調整シート２２の開口パターンに応じて作成しておくことにより更に効率的な空調が可能となり、データセンターで消費する電力をより一層削減することができる。

　なお、ＶＭ管理サーバ４５がラック毎の消費電力の情報を取得し、その情報を基に制御部４３が相互に隣接する複数のラック１１の消費電力の比をラック１１毎に計算して、各ラック１１の前に配置された風量調整装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃを制御するようにしてもよい。この場合も、効率的な冷却が可能になる。

　また、上述の実施形態では空調機が制御部により制御される場合について説明したが、空調機は制御部から独立して稼動するようにしてもよい。例えば、空調機は予め設定された条件で自律的に稼動し、制御部は温度分布測定又はＶＭ管理サーバ等からの信号に応じて風量調整装置を制御するようにしてもよい。

Claims

　複数の計算機が収納されたラックと、
　前記ラックが配置される機器設置エリアと、
　前記機器設置エリアの床下に設けられたフリーアクセスフロアと、
　前記機器設置エリアからエアーを取り込み、前記フリーアクセスフロアに温度調整されたエアーを供給する空調機と、
　前記機器設置エリアと前記フリーアクセスフロアとを連絡する通風口と、
　前記通風口に配置されて前記フリーアクセスフロアから前記機器設置エリアに流れるエアーの量を調整する風量調整装置と、
　前記風量調整装置を駆動する駆動部と、
　前記駆動部を制御する制御部とを有し、
　前記風量調整装置は、
　エアーが通る開口部が設けられた風量調整シートと、
　前記風量調整シートの一方の端部に接続されて前記風量調整シートを巻き取り可能な第１のロールと、
　前記第１のロールと離隔して配置され、前記風量調整シートの他方の端部に接続されて前記風量調整シートを巻き取り可能な第２のロールとを有することを特徴とする空調制御システム。
　更に、前記ラックの温度を測定する温度測定部を有し、
　前記制御部は前記温度測定部による温度測定結果に基づいて前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載の空調制御システム。
　前記温度測定部は、光ファイバを温度センサとして前記ラックの温度を測定することを特徴とする請求項２に記載の空調制御システム。
　前記風量調整シートには、その長さ方向に沿って形状が異なる複数の開口部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の空調制御システム。
　前記風量調整シートに設けられた複数の開口部のうちの少なくとも１つには、エアーの通流により傾斜角度が変化するフィンが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の空調制御システム。
　更に、前記ラック内に収納された計算機の稼動状態を管理する管理計算機を有し、前記制御部は前記管理計算機から計算機の稼動状態の情報を取得して該計算機の稼動状態の情報に基づいて前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の空調制御システム。
　前記管理計算機は、前記風量調整シートの開口部の形状に応じてジョブを投入する計算機を決定することを特徴とする請求項６に記載の空調制御システム。
　制御部は、前記管理計算機から複数のラックの消費電力の情報を取得し、各ラックの消費電力の比に基づいて前記駆動部を制御し、各ラックの前に配置された前記風量調整装置の開口率を調整することを特徴とする請求項６に記載の空調制御システム。
　前記風量調整シートには位置制御用マーカーが付与され、前記駆動部は前記位置制御用マーカーの検出結果に基づいて前記風量調整装置を制御し、前記第１のロールと前記第２のロールとの間に前記風量調整シートの所定の部分を配置することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の空調制御システム。
　前記制御部は、前記第１のロールと前記第２のロールとの間の前記開口部の大きさにより決まる開口率に応じて前記空調機のエアー吹き出し風量を制御することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の空調制御システム。
　前記制御部は、複数の通風口のうち前記開口率が最も大きい通風口の風量が一定となるように前記空調機のエアー吹き出し風量を制御することを特徴とする請求項１０に記載の空調制御システム。
　前記風量調整装置は、複数のラックに対し１台が配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の空調制御システム。
　エアーが通る開口部が設けられた風量調整シートと、
　前記風量調整シートの一方の端部に接続されて前記風量調整シートを巻き取り可能な第１のロールと、
　前記第１のロールと離隔して配置され、前記風量調整シートの他方の端部に接続されて前記風量調整シートを巻き取り可能な第２のロールと
　を有することを特徴とする風量調整装置。
　前記風量調整シートには、その長さ方向に沿って形状が異なる複数の開口部が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の風量調整装置。
　前記風量調整シートに設けられた複数の開口部のうちの少なくとも１つには、エアーの通流により傾斜角度が変化するフィンが設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の風量調整装置。
　前記風量調整シートに位置制御用マーカーが付与されていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の風量調整装置。