WO2020261541A1 - 気流評価装置、気流評価システム、及び気流評価方法 - Google Patents

気流評価装置、気流評価システム、及び気流評価方法 Download PDF

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rack
temperature
evaluation
power consumption
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正樹 庭
櫻井　敦
田中　百合子
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日本電信電話株式会社
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F7/00—Ventilation
    • F24F7/04—Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation
    • F24F7/06—Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation with forced air circulation, e.g. by fan positioning of a ventilator in or against a conduit
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
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    • G06F1/20—Cooling means
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    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Definitions

  • the present invention relates to a cooling technique for an information communication device in a machine room (hereinafter, a server room is taken as an example).
  • information and communication equipment is stored in a rack and used.
  • an air conditioner is used to cool the information communication device.
  • the biggest factor that deteriorates the energy efficiency of the server room is the energy consumption of the air conditioner that cools the information and communication equipment.
  • the cooling efficiency of the server room changes depending on the air flow in the server room as well as the efficiency performance of the air conditioner. For example, the intake and exhaust directions of the information and communication devices mounted on the rack row are aligned, the intake side of the rack row is the cold aisle, the exhaust side is the hot aisle, and the cold air and the warm air are separated by the aisle containment to improve the cooling efficiency. There is a method (Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 when the cold air on the cold aisle side is bypassed to the hot aisle side or the warm air on the hot aisle side is recirculated to the cold aisle side due to an empty space in the rack, the cold air and the warm air are warmed up. Will be mixed, causing deterioration of the cooling efficiency of the entire server room.
  • bypass is likely to occur when the air pressure in the cold aisle is higher than that in the hot aisle, and conversely, recirculation is likely to occur when the air pressure in the hot aisle is higher than that in the cold aisle.
  • Non-Patent Document 2 Non-Patent Document 3
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a technique capable of easily detecting airflow deterioration in a rack.
  • an airflow evaluation device arranged in a rack on which one or more information communication devices are mounted.
  • a temperature measuring unit that measures the temperature at a plurality of locations on the intake side and the exhaust side of the rack, and A device power consumption measuring unit that measures the power consumption of each information and communication device mounted on the rack, and A device that measures the cooling air volume of each information and communication device.
  • the actual temperature of the airflow passing through the rack based on the temperature measured by the temperature measuring unit, the power consumption measured by the device power consumption measuring unit, and the cooling air volume measured by the device cooling air volume measuring unit.
  • an airflow evaluation device having an airflow state evaluation unit that calculates the ratio of the amount of rise to the amount of temperature rise in an ideal state in which all the airflow passing through the rack contributes to cooling of the information communication device as the airflow state. ..
  • a technology that enables easy detection of airflow deterioration in the rack is provided.
  • Information communication devices mounted on the rack are mounted.
  • Information communication devices include, for example, communication devices such as exchanges, switches, and routers, servers, computers, patch panels, patch panel control robots, and the like.
  • the information and communication device mounted on the rack is cooled by the cold air blown from the air conditioner installed in the server room having a double floor structure.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining how air flows in the machine room according to the present embodiment.
  • a rack 20 on which an information communication device to be cooled is mounted is installed on a double floor panel 30 having a large number of small holes.
  • the rack 20 shown in FIG. 1 is a set of a plurality of individual racks.
  • the air conditioner 10 is installed as shown in the figure.
  • the air conditioner 10 of the present embodiment blows cold air under the double floor in a direction parallel to the front surface of the rack and parallel to the floor surface described as “front surface of the rack”.
  • the cold air 40 output from the air conditioner 10 flows under the double floor and rises as cold air 50 on the double floor from a small hole in the double floor panel. Then, the cold air 50 is sucked into the front surface of the rack, cools the information communication device in the rack 20, and is discharged as a high-temperature exhaust 60 from the back surface of the rack. The exhaust 60 is returned to the air conditioner 10.
  • a plurality of racks 20 are installed in the server room, but for the purpose of improving air conditioning efficiency, as shown in FIG. 2, the front (or back) between the two racks face each other as a set of two.
  • a plurality of racks are arranged in parallel as described above.
  • the aisle that sucks in cold air and faces each other is called a cold aisle, and the aisle that sends out warm air and faces each other is called a hot aisle.
  • an aisle containment that traps cold air (or warm air) is used.
  • the airflow evaluation system due to the heat generated by the power consumption of the information communication device and the temperature rise in the rack, of all the airflow passing through the rack, the airflow that does not contribute to the cooling of the information communication device and bypasses the inside of the rack. , And the airflow condition recirculating from the hot aisle side to the cold aisle side is calculated, compared with the threshold value, and the degree of deviation is evaluated.
  • FIG. 3 is a configuration example of the airflow evaluation system 300 according to the present embodiment.
  • the airflow evaluation system 300 includes an airflow evaluation device 100 mounted on each rack and a central server 200.
  • Each airflow evaluation device 100 and the central server 200 in one or more racks are connected via a network.
  • the airflow evaluation device 100 includes a device power consumption measuring unit 110, a device cooling air volume measuring unit 120, a plurality of temperature measuring units 130, a position information DB 140 of the temperature measuring unit, a threshold value DB 150, an airflow state evaluation unit 160, and a display unit 170.
  • the airflow state evaluation unit 160 includes a calculation unit 161, a comparison unit 162, and a determination unit 163.
  • the central server 200 has a rack position information DB 210 and a centralized monitoring unit 220.
  • the device power consumption measuring unit 110 measures the power consumption of the information communication device mounted on the rack.
  • the device cooling air volume measuring unit 120 measures the cooling air volume in the information communication device with an air volume meter.
  • the position information DB 140 of the temperature measuring unit stores the position information of each of the plurality of temperature measuring units.
  • the rack position information DB 210 stores the position information of the rack in the server room.
  • the calculation unit 161 of the airflow state evaluation unit 160 indicates the airflow state that bypasses the rack without contributing to the cooling of the information communication device among all the airflows passing through the rack, and from the hot aisle side to the cold aisle side. Calculate the recirculating airflow condition.
  • the comparison unit 162 compares the calculation result with the threshold value, and the determination unit 163 evaluates the degree of deviation.
  • the evaluation result and the like are displayed on the display unit 170 and transmitted to the central server 200 by the communication unit 180.
  • the configuration example shown in FIG. 3 is an example in which comparison / evaluation using the threshold value is performed by the airflow state evaluation unit 160 provided in each rack.
  • the central server 200 is provided with the threshold value DB 150, so that the centralized monitoring unit 220 performs comparison / evaluation using the threshold value for each rack. May be good.
  • comparison / evaluation using the threshold value is performed in each rack, and as shown in FIG. 4, the centralized monitoring unit 220 performs comparison / evaluation using the threshold value for each rack. It may be that.
  • FIG. 5 shows an example when the airflow evaluation device 100 is mounted on a rack.
  • FIG. 5 shows an image of a rack cut along a plane parallel to the side surface as viewed from the side surface side.
  • the plurality of temperature measuring units 130 are arranged on the front surface and the back surface of the rack so that the temperatures on the cold aisle side and the hot aisle side of the rack can be measured.
  • a plurality of racks are arranged in a dispersed manner so as to supplement the temperature unevenness on the front surface and the back surface of the rack.
  • the temperature measuring unit 130 may be arranged in the suction unit and the discharge unit of the air conditioner so that the suction temperature and the discharge temperature of the air conditioner in the server room can be measured.
  • the device power consumption measuring unit 160 is arranged in a PDU (Power Distribution Unit) that distributes power to each device in the rack. Further, in the example of FIG. 5, the communication unit 180, the airflow state evaluation unit 160, and the display unit 170 are provided on the upper part of the rack. Further, in the example of FIG. 5, the device cooling air volume measuring unit 120 is provided at the suction port of each information communication device.
  • PDU Power Distribution Unit
  • the communication unit 180 and the display unit 170 may be provided in the airflow state evaluation unit 160. Further, the position information DB 140 and the threshold value DB 150 of the temperature measuring unit may be provided inside the airflow state evaluation unit 160, or may be provided outside the airflow state evaluation unit 160 so as to be communicable via a network.
  • Each of the devices such as the airflow state evaluation unit 160 and the central server 200 can be realized by, for example, causing a computer to execute a program describing the processing contents described in the present embodiment.
  • the device can be realized by executing a program corresponding to the processing executed by the device using hardware resources such as a CPU and memory built in the computer.
  • the above program can be recorded on a computer-readable recording medium (portable memory, etc.), stored, and distributed. It is also possible to provide the above program through a network such as the Internet or e-mail.
  • FIG. 6 is a diagram showing a hardware configuration example of the computer according to the present embodiment.
  • the computer of FIG. 6 has a drive device 1000, an auxiliary storage device 1002, a memory device 1003, a CPU 1004, an interface device 1005, a display device 1006, an input device 1007, and the like, each of which is connected to each other by a bus B.
  • the program that realizes the processing on the computer is provided by, for example, a recording medium 1001 such as a CD-ROM or a memory card.
  • a recording medium 1001 such as a CD-ROM or a memory card.
  • the program is installed in the auxiliary storage device 1002 from the recording medium 1001 via the drive device 1000.
  • the program does not necessarily have to be installed from the recording medium 1001, and may be downloaded from another computer via the network.
  • the auxiliary storage device 1002 stores the installed program and also stores necessary files, data, and the like.
  • the memory device 1003 reads and stores the program from the auxiliary storage device 1002 when the program is instructed to start.
  • the CPU 1004 realizes the function related to the cache node 100 according to the program stored in the memory device 1003.
  • the interface device 1005 is used as an interface for connecting to a network.
  • the display device 1006 displays a programmatic GUI (Graphical User Interface) or the like.
  • the input device 1007 is composed of a touch panel or the like, and is used for inputting various operation instructions.
  • the display device 1006 and the input device 1007 may be integrally configured as a touch panel.
  • the display device 1006 corresponds to the display unit 170.
  • FIG. 7 shows processing in one rack. The same process is performed for other racks.
  • Pe is also power consumption, it is described as power consumption in the description.
  • T n in the rack measured by the plurality of temperature measuring units 130, and is an information communication device measured by the device power consumption measuring unit 110.
  • the device power consumption ⁇ P e of the device is acquired, and the cooling air volume ⁇ Q e measured by a plurality of device cooling air volume measuring units 120 is acquired.
  • the device power consumption ⁇ P e is the total power measured by the PDU that distributes the power to each device in the rack.
  • the device power consumption ⁇ P e may be obtained by inputting information on the power consumed by the information communication device into the calculation unit 161 and obtaining the total.
  • the device cooling air volume ⁇ Q e is the sum of the device air volume sent from the cold aisle to the hot aisle, measured by an air flow meter installed at the intake port or the exhaust port of each information communication device.
  • the calculation unit 161 refers to the position information DB 140 of the temperature measurement unit.
  • FIG. 8 is an example of information stored in the position information DB 140 of the temperature measuring unit. As shown in FIG. 8, the position information DB 140 of the temperature measuring unit stores the position information for each temperature measuring unit, such as whether it is the cold aisle side or the hot aisle side.
  • the calculation unit 161 has an average temperature T c on the cold aisle side of the rack based on a plurality of temperatures (T 1 ... T n ) in the rack and the position information of the temperature measurement unit stored in the position information DB 140. , and calculates the average temperature T h of the hot aisle side.
  • FIG. 9 is an example of information stored in the threshold value DB 150.
  • a threshold value for determining an abnormal value according to the degree of deviation from the ideal airflow state is stored for each rack number.
  • the threshold value DB 150 provided in a certain rack may store the threshold value only for that rack. In the example of FIG. 9, for example, for the rack of 1-1, if the value of the airflow state is 0.8 to 1.2, it means that it is within the allowable range.
  • the threshold value can be set differently for each rack number.
  • the threshold value may be too strict and an excessive alarm may be issued, or conversely, the allowable range may be too wide.Therefore, the operator can change the threshold value at any time. ing.
  • calculation unit 161 airflow condition f (T c, T h, ⁇ P e, ⁇ Q e) was calculated, comparison unit 162 compares the threshold value corresponding to the calculation result of the air flow conditions in the appropriate rack , The determination unit 163 determines the degree of deviation between the airflow state and the threshold value.
  • the display is made in S104. S101 to S104 are repeatedly executed.
  • airflow condition f (T c, T h, ⁇ P e, ⁇ Q e) calculation method will be described.
  • T c and Th are the measurement results (T 1 ... T n ) by a plurality of temperature measuring units and the information stored in the position information DB 140 of the temperature measuring unit (whether the temperature measuring unit is on the cold aisle side or the hot aisle side). Information).
  • calculation unit 161 calculates the equation (3) below, airflow condition f (T c, T h, ⁇ P e, ⁇ Q e) from time to time calculate the ratio of the [Delta] T fact and [Delta] T ideal.
  • FIG. 10A shows an example of an ideal state. If f ⁇ 1, the actual temperature rise is lower than the temperature rise in the ideal state, so that the airflow is bypassed.
  • FIG. 10B shows an example of a state in which the airflow is bypassed. As shown in the figure, cold and warm air is T h for mixes with the exhaust side decreases.
  • FIG. 10C shows an example of a state in which the airflow is recirculated. As shown in this figure, it can be seen that the warm air wraps around to the intake side.
  • the comparison unit 162 reads the threshold value of the degree of deviation corresponding to the target rack from the threshold value DB 150, compares it with the value of f, and the determination unit 163 determines abnormality / normality based on the comparison result. To do.
  • the airflow condition evaluation unit 160 may output the determination result in addition to the value of f, and the display unit 170 may display the value of f and the determination result, or the airflow condition evaluation unit 160 may display only the determination result. It may be output and only the determination result may be displayed on the display unit 170.
  • the determination unit 163 determines that the abnormality is due to bypass, and if f ⁇ 1.2, determines that the abnormality is due to recirculation, outputs an alarm, and the display unit 170 gives an alarm. Is displayed. There may be one type of alarm, or two types of alarms, one is an abnormality due to bypass and the other is an abnormality due to recirculation.
  • the airflow condition evaluation unit 160 transmits the airflow condition value and the determination result (or only the determination result) from the communication unit 180 to the centralized monitoring unit 220 of the central server 200.
  • the data to be transmitted also includes the number of the corresponding rack.
  • the centralized monitoring unit 220 can identify the position of the rack in the server room where the airflow is deteriorated by collating the received rack number with the information in the rack position information DB 210.
  • FIG. 11 shows an example of the information stored in the rack position information DB 210.
  • the centralized monitoring unit 220 when the centralized monitoring unit 220 receives the determination result of the rack number 1-1 (example: an alarm indicating an abnormality due to bypass), the centralized monitoring unit 220 refers to the rack position information DB 210 to the position of the rack (example: an alarm indicating an abnormality due to bypass). Grasp X 1-1 , Y 1-1 ). Then, for example, a screen displaying an alarm at the rack position of rack number 1-1 on the rack arrangement screen shown in FIG. 2 is transmitted to the administrator terminal or the like.
  • the airflow state evaluation unit 160 transmits the value of the airflow state to the central server 200, and the centralized monitoring unit 220 of the central server 200 performs. Perform comparison by threshold value and abnormality judgment.
  • the degree of deterioration of cooling efficiency due to airflow is quantitatively calculated and displayed at any time, so that the cause can be easily identified. If the cause can be identified, measures such as installing a blank panel can be taken, and the energy efficiency of the server room can be improved.
  • At least the following airflow evaluation device, airflow evaluation system, and airflow evaluation method are provided.
  • (Section 1) An airflow evaluation device arranged in a rack on which one or more information communication devices are mounted. A temperature measuring unit that measures the temperature at a plurality of locations on the intake side and the exhaust side of the rack, and A device power consumption measuring unit that measures the power consumption of each information and communication device mounted on the rack, and A device that measures the cooling air volume of each information and communication device. The actual temperature of the airflow passing through the rack based on the temperature measured by the temperature measuring unit, the power consumption measured by the device power consumption measuring unit, and the cooling air volume measured by the device cooling air volume measuring unit.
  • An airflow evaluation device having an airflow state evaluation unit that calculates the ratio of the amount of rise to the amount of temperature rise in an ideal state in which all the airflow passing through the rack contributes to the cooling of the information communication device as the airflow state.
  • (Section 2) The airflow evaluation device according to item 1, wherein the airflow state evaluation unit evaluates the degree of deviation of the airflow state from the ideal state by comparing the threshold value for the rack with the airflow state.
  • (Section 3) The airflow evaluation device according to item 1 or 2, which is provided in each of one or more racks.
  • An airflow evaluation system that is connected to each airflow evaluation device provided in each rack via a network and includes a central server that receives the airflow state calculated by each airflow evaluation device.
  • the central server The airflow evaluation system according to item 3, further comprising a centralized monitoring unit that identifies a rack in which airflow deterioration is occurring among one or more racks based on the airflow condition received from each airflow evaluation device.
  • a centralized monitoring unit that identifies a rack in which airflow deterioration is occurring among one or more racks based on the airflow condition received from each airflow evaluation device.
  • An airflow evaluation method including an airflow state evaluation step of calculating the ratio of the amount of rise to the amount of temperature rise in an ideal state in which all the airflows passing through the rack contribute to cooling the information communication device as the airflow state.
  • Airflow evaluation device 110 Equipment power consumption measurement unit 120 Equipment cooling air volume measurement unit 130 Multiple temperature measurement units 140 Position information DB of temperature measurement unit 150 threshold DB 160 Flow state evaluation unit 161 Calculation unit 162 Comparison unit 163 Judgment unit 170 Display unit 180 Communication unit 200 Central server 210 Rack position information DB 220 Centralized monitoring unit 300 Airflow evaluation system 1000 Drive device 1002 Auxiliary storage device 1003 Memory device 1004 CPU 1005 Interface device 1006 Display device 1007 Input device

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Abstract

１以上の情報通信装置が搭載されるラックに配置される気流評価装置において、前記ラックの吸気側及び排気側それぞれ複数箇所の温度を測定する温度測定部と、前記ラックに搭載される各情報通信装置の消費電力を測定する装置消費電力測定部と、各情報通信装置の冷却風量を測定する装置冷却風量測定部と、前記温度測定部により測定された温度、前記装置消費電力測定部により測定された消費電力、及び前記装置冷却風量測定部により測定された冷却風量に基づいて、前記ラックを通過する気流の実際の温度上昇量と、前記ラックを通過する全ての気流が情報通信装置の冷却に寄与する理想状態における温度上昇量との比率を気流状態として算出する気流状態評価部とを有する。

Description

気流評価装置、気流評価システム、及び気流評価方法
　本発明は、機械室（以下、例としてサーバールームを取り上げる）における情報通信装置の冷却技術に関連するものである。
　サーバールームでは、情報通信装置はラックに収納され使用されている。情報通信装置の故障を防ぐため、情報通信装置が発する熱への対策を講じる必要があり、多くの場合、空調機を使用して情報通信装置を冷却する。
　サーバールームのエネルギー効率を悪化させる最も大きな要因として、情報通信装置を冷却する空調機の消費エネルギーが挙げられる。
　サーバールームの冷却効率は、空調機の効率性能の他にも、サーバールーム内の気流によっても変化する。例えば、ラック列に搭載する情報通信装置の吸排気方向を揃えて、ラック列の吸気側をコールドアイル、排気側をホットアイルとし、冷気と暖気をアイルコンテインメントにより分離することによって冷却効率を高める方法がある（非特許文献１）。
　非特許文献１に記載された技術では、ラック内の空きスペース等によって、コールドアイル側の冷気がホットアイル側にバイパスしたり、ホットアイル側の暖気がコールドアイル側に再循環すると、冷気と暖気が混ざり合い、サーバールーム全体の冷却効率が悪化する原因となる。
　特に、空調機と情報通信装置の風量のバランスによって、ホットアイルよりコールドアイルの気圧が高くなるとバイパスが起きやすく、逆にコールドアイルよりホットアイルの気圧が高くなると再循環が起きやすい。
　そのため、ラック内の空きスペースにブランクパネルを取り付けて気流の通り抜けを防ぐ等の対策が取られている（非特許文献２、非特許文献３）。
https://www.ntt-f.co.jp/service/data_center/aco_aislecapping/ https://tileflow.jp/product/PlenaForm/info-fill.html http://catalog.clubapc.jp/pdf/wp/SADE-5TPLKQ_R1_JA.pdf
　気流のバイパスや再循環等の気流悪化が起こっている場合、原因箇所を特定するには、空調に関する知見のある人がサーバールーム内を目視又は触覚的に探す必要があった。また、サーバールームの運用における装置の載せ替え等によって、ラック内の空きスペースは頻繁に変わるため、その度に気流の状況が変わり、気流悪化の原因箇所を探す必要があった。
　本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ラックにおける気流悪化を容易に検知することを可能とする技術を提供することを目的とする。
　開示の技術によれば、１以上の情報通信装置が搭載されるラックに配置される気流評価装置であって、
　前記ラックの吸気側及び排気側それぞれ複数箇所の温度を測定する温度測定部と、
　前記ラックに搭載される各情報通信装置の消費電力を測定する装置消費電力測定部と、
　各情報通信装置の冷却風量を測定する装置冷却風量測定部と、
　前記温度測定部により測定された温度、前記装置消費電力測定部により測定された消費電力、及び前記装置冷却風量測定部により測定された冷却風量に基づいて、前記ラックを通過する気流の実際の温度上昇量と、前記ラックを通過する全ての気流が情報通信装置の冷却に寄与する理想状態における温度上昇量との比率を気流状態として算出する気流状態評価部と
　を有する気流評価装置が提供される。
　開示の技術によれば、ラックにおける気流悪化を容易に検知することを可能とする技術が提供される。
本発明の実施の形態におけるラックが配置されるサーバールームの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるラックの配置例を示す図である。 本発明の実施の形態における気流評価システムの構成例である。 本発明の実施の形態における気流評価システムの構成例である。 ラックへの実装例を示す図である。 装置のハードウェア構成例を示す図である。 処理のフローチャートである。 温度測定部の位置情報ＤＢに格納された情報の例を示す図である。 しきい値ＤＢに格納された情報の例を示す図である。 気流状態の例を示す図である。 ラック位置情報ＤＢに格納された情報の例を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。
　以下の実施の形態では、ラックに搭載された１以上の情報通信装置が搭載される。情報通信装置としては、例えば、交換機、スイッチ、ルータ等の通信装置、サーバ、コンピュータ、パッチパネル、パッチパネル制御ロボット等がある。
　（実施の形態の概要）
　本実施の形態における気流評価システムを詳細に説明するにあたって、まず、本実施の形態におけるラックが設置される機械室（ここでは例としてサーバールーム）の基本的な構造や空気の流れについて説明する。ただし、ここで説明するサーバールームの構造は一例である。本実施の形態におけるラックは、以下で説明するサーバールームの構造以外の構造のサーバールームで使用してもよい。
　本実施の形態では、二重床構造の床を持つサーバールームに設置された空調機から送風される冷気により、ラックに搭載されている情報通信装置を冷却する。
　図１は、本実施の形態における機械室の空気の流れ方を説明するための図である。図１に示すように、この例では、多数の小孔の開いた二重床パネル３０の上に、冷却対象の情報通信装置を搭載したラック２０が設置されている。なお、図１に示すラック２０は、複数の個々のラックの集合である。
　また、図示するように空調機１０が設置されている。本実施の形態の空調機１０は、「ラック前面」と記載されたラックの前面と平行かつ床面と平行な方向に、二重床下で冷気を吹き出す。
　図１に示すように、空調機１０から出力された冷気４０は、二重床下を流れるとともに、二重床パネルの小孔から二重床上に冷気５０として上る。そして、冷気５０はラック前面に吸引されて、ラック２０内の情報通信装置を冷却し、ラック背面から高温の排気６０となって排出される。排気６０は、空調機１０に戻される。
　通常、サーバールームには複数のラック２０が設置されているが、空調効率向上を目的として、図２に示すように、２つずつ組として、２つのラック間の前面（あるいは背面）同士が向き合うように複数のラックが平行に配置されている。冷気を吸引する前面同士が向かい合ったアイルをコールドアイルと呼び、暖気を送出する背面同士が向かい合ったアイルをホットアイルとよぶ。図２の例では、冷気（又は暖気）を閉じ込めるアイルコンテインメントが用いられている。
　（システム構成）
　本実施の形態では、サーバールームの情報通信装置搭載用ラックにおいて、ラック内の温度情報及び情報通信装置の消費電力情報を元に、ラック毎の気流のバイパスや再循環による気流状態を評価し、表示する気流評価システムが用いられる。
　気流評価システムでは、情報通信装置の電力消費に伴う発熱とラック内の温度上昇から、ラック内を通過する全ての気流の内、情報通信装置の冷却に寄与せずラック内をバイパスしている気流、及びホットアイル側からコールドアイル側に再循環している気流状態を計算し、しきい値と比較し、乖離度合いを評価する。
　図３は、本実施の形態における気流評価システム３００の構成例である。図３に示すように、気流評価システム３００は、ラック毎に搭載される気流評価装置１００と、中央サーバ２００とを有する。１以上のラックにおけるそれぞれの気流評価装置１００と中央サーバ２００とはネットワークを介して接続される。
　気流評価装置１００は、装置消費電力測定部１１０、装置冷却風量測定部１２０、複数の温度測定部１３０、温度測定部の位置情報ＤＢ１４０、しきい値ＤＢ１５０、気流状態評価部１６０、及び表示部１７０、通信部１８０を有する。気流状態評価部１６０は、計算部１６１、比較部１６２、判定部１６３を有する。中央サーバ２００は、ラック位置情報ＤＢ２１０と集中監視部２２０を有する。
　装置消費電力測定部１１０は、ラックに搭載される情報通信装置の消費電力を測定する。装置冷却風量測定部１２０は、風量計により情報通信装置における冷却風量を測定する。温度測定部の位置情報ＤＢ１４０は、複数の温度測定部のそれぞれの位置情報を格納する。ラック位置情報ＤＢ２１０は、サーバールームにおけるラックの位置情報を格納する。
　気流状態評価部１６０の計算部１６１は、ラック内を通過する全ての気流の内、情報通信装置の冷却に寄与せずラック内をバイパスしている気流状態、及びホットアイル側からコールドアイル側に再循環している気流状態を計算する。比較部１６２は計算結果をしきい値と比較し、判定部１６３が乖離度合いを評価する。評価結果等は表示部１７０に表示されるとともに、通信部１８０により中央サーバ２００に送信される。
　図３に示す構成例は、しきい値を用いた比較・評価を各ラックに備えられた気流状態評価部１６０で行う例である。このような形態の他、図４に示すように、中央サーバ２００がしきい値ＤＢ１５０を備えることで、集中監視部２２０が、各ラックについてのしきい値を用いた比較・評価を行うこととしてもよい。なお、図３に示すように各ラックでしきい値を用いた比較・評価を行うとともに、図４のように集中監視部２２０が、各ラックについてのしきい値を用いた比較・評価を行うこととしてもよい。
　図５は、気流評価装置１００をラックに実装した場合の例を示す。図５は、ラックを、側面に平行な面で切った断面を側面側から見たイメージを示す。図５に示すように、複数の温度測定部１３０は、ラックのコールドアイル側とホットアイル側の温度が測定できるよう、ラックの前面及び背面に配置される。また、ラック前面及び背面それぞれの温度ムラを補足できるように、分散して複数配置する。また、サーバールームの空調機の吸込温度及び吐出温度を測定できるよう、空調機の吸込部及び吐出部に温度測定部１３０を配置してもよい。
　装置消費電力測定部１６０は、ラック内で各装置に電力を分配するＰＤＵ（Power Distribution Unit）に配置される。また、図５の例では、通信部１８０、気流状態評価部１６０、表示部１７０は、ラックの上部に備えられる。また、図５の例では、装置冷却風量測定部１２０は、各情報通信装置の吸入口に備えられる。
　なお、気流状態評価部１６０内に通信部１８０と表示部１７０が備えられてもよい。また、温度測定部の位置情報ＤＢ１４０としきい値ＤＢ１５０は、気流状態評価部１６０内に備えられてもよいし、気流状態評価部１６０の外部にネットワークを介して通信可能に備えられてもよい。
　（装置のハードウェア構成例）
　気流状態評価部１６０、中央サーバ２００等の装置はいずれも、例えば、コンピュータに、本実施の形態で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現可能である。
　すなわち、当該装置は、コンピュータに内蔵されるＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を用いて、当該装置で実施される処理に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メール等、ネットワークを通して提供することも可能である。
　図６は、本実施の形態における上記コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図６のコンピュータは、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置１０００、補助記憶装置１００２、メモリ装置１００３、ＣＰＵ１００４、インタフェース装置１００５、表示装置１００６、及び入力装置１００７等を有する。
　当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ又はメモリカード等の記録媒体１００１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１００１がドライブ装置１０００にセットされると、プログラムが記録媒体１００１からドライブ装置１０００を介して補助記憶装置１００２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１００１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１００２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。
　メモリ装置１００３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１００２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１００４は、メモリ装置１００３に格納されたプログラムに従って、当該キャッシュノード１００に係る機能を実現する。インタフェース装置１００５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置１００６はプログラムによるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を表示する。入力装置１００７はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。表示装置１００６と入力装置１００７がタッチパネルとして一体で構成されてもよい。
　なお、上記コンピュータが気流状態評価部１６０として使用される場合において、表示装置１００６は、表示部１７０に相当する。
　（気流評価システムの動作例）
　以下、図３に示す気流評価システム３００の動作例を図７に示すフローチャートの手順に沿って説明する。手順の説明の中で適宜ＤＢの内容を説明する。図７は、ある１つのラックでの処理を示している。他のラックでも同様の処理が行われる。
　以下の説明において、下記の記号を使用する。なお、Ｐｅは消費電力でもあるので、説明内では消費電力として説明している。
　Ｐｅ：機器発熱量［Ｗ］［Ｊ／ｓ］
　ΣＰｅ：ラック内の機器発熱量の総和［Ｗ］［Ｊ／ｓ］
　ｃ：空気の比熱［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］（定数）
　ρ：空気の比重［ｋｇ／ｍ３］（定数）
　Ｑ：ラックを通り抜ける風量［ｍ３／ｓ］
　Ｑｅ：装置冷却風量［ｍ３／ｓ］
　ΣＱｅ：ラック内の機器換気量の総和［ｍ３／ｓ］
　Ｑｌ：冷却に寄与しない風量［ｍ３／ｓ］（測定不可）
　Ｔｈ：ラックのホットアイル側の平均温度［Ｋ］
　Ｔｃ：ラックのコールドアイル側の平均温度［Ｋ］
　ΔＴ：ラック前後の温度差［Ｋ］
　ｆ：気流状態を表す関数
　＜Ｓ１０１＞
　Ｓ１０１において、気流状態評価部１６０は、複数の温度測定部１３０により測定されたラック内の複数の温度（Ｔ１…Ｔｎ）を取得し、装置消費電力測定部１１０により測定された情報通信装置の装置消費電力ΣＰｅを取得し、複数の装置冷却風量測定部１２０により測定された冷却風量ΣＱｅを取得する。
　装置消費電力ΣＰｅは、ラック内で各装置に電力を分配するＰＤＵで測定した電力の総和である。あるいは、情報通信装置が自身の消費している電力の情報を計算部１６１に入力して総和を求めることで、装置消費電力ΣＰｅを取得してもよい。
　装置冷却風量ΣＱｅは、情報通信装置各々の吸気口又は排気口に設置された風量計により計測された、コールドアイルからホットアイルへ送り出すラック内装置風量の総和である。
　＜Ｓ１０２＞
　Ｓ１０２では計算部１６１は、温度測定部の位置情報ＤＢ１４０を参照する。図８は温度測定部の位置情報ＤＢ１４０に格納される情報の例である。図８に示すように、温度測定部の位置情報ＤＢ１４０は、コールドアイル側であるかホットアイル側であるかという、温度測定部毎の位置情報を格納している。
　Ｓ１０２において、計算部１６１は、ラック内の複数の温度（Ｔ１…Ｔｎ）、及び位置情報ＤＢ１４０に格納されている温度測定部の位置情報に基づき、ラックのコールドアイル側の平均温度Ｔｃ、及びホットアイル側の平均温度Ｔｈを計算する。
　＜Ｓ１０３、Ｓ１０４＞
　Ｓ１０３では比較部１６２がしきい値ＤＢ１５０を参照するので、まず、しきい値ＤＢ１５０を説明する。図９はしきい値ＤＢ１５０に格納される情報の例である。図９に示すように、しきい値ＤＢ１５０には、気流状態の理想からの乖離度合いによって異常値と判定する為のしきい値が、ラック番号毎に格納されている。なお、あるラックに備えられるしきい値ＤＢ１５０には、そのラックのみについてのしきい値が格納されるようにしてもよい。図９の例で、例えば、１－１のラックに関して、気流状態の値が０．８～１．２であれば許容範囲にあることを意味する。
　ラックの形状や情報通信装置の種類によってバイパスや再循環を生じやすい場合があるため、しきい値はラック番号毎に異なる値を設定できるようにしている。また、運用の状態に応じて、しきい値が厳しすぎて過剰に警報が出たり、逆に許容範囲が広すぎたりする状況が考えられるため、運用者が随時しきい値を変更できるようにしている。
　Ｓ１０３において、計算部１６１が、気流状態ｆ（Ｔｃ，Ｔｈ，ΣＰｅ，ΣＱｅ）を計算し、比較部１６２が、気流状態の計算結果を該当ラックに対応するしきい値と比較し、判定部１６３が、気流状態としきい値との乖離度合いを判定する。Ｓ１０４において表示がなされる。Ｓ１０１～Ｓ１０４は繰り返し実行される。
　以下、気流状態ｆ（Ｔｃ，Ｔｈ，ΣＰｅ，ΣＱｅ）の計算方法について説明する。
　コールドアイル側から情報通信装置に吸気されて冷却に寄与した空気は、装置消費電力に伴って熱交換が行われ、温度が上昇する。この温度上昇をΔＴｆａｃｔとする。
　計算部１６１は、この温度上昇ΔＴｆａｃｔを、ラックのコールドアイル側の平均温度Ｔｃ、及びホットアイル側の平均温度Ｔｈの差から求める。つまり、ΔＴｆａｃｔ＝Ｔｈ－Ｔｃである。Ｔｃ及びＴｈは、複数の温度測定部による測定結果（Ｔ１…Ｔｎ）、及び温度測定部の位置情報ＤＢ１４０に格納された情報（温度測定部がコールドアイル側か、ホットアイル側かの情報）から算出される。
　ラックを通過する全ての気流が冷却に寄与する理想的な状態では、Ｔｃ及びＴｈから求めた温度上昇量は、ラック内全ての装置消費電力ΣＰｅ及び装置冷却風量ΣＱｅから求められる温度上昇量ΔＴｉｄｅａｌに一致する。
　理想的な気流状態における温度上昇量ΔＴｉｄｅａｌは、下記の式（数１）に示すように、ＰｅとＱｅの測定値により算出される。これはラックの熱平衡式：ΣＰｅ＝ｃρＱ（Ｔｈ－Ｔｃ）に基づく。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　また、実際の温度上昇量ΔＴｆａｃｔは下記の式（数２）のとおりである。なお、下記の式において、右辺のＱｌは測定不可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　冷却に寄与せずバイパスしている気流がある場合、又は再循環している気流がある場合、実際の温度上昇ΔＴｆａｃｔはΔＴｉｄｅａｌから乖離する。
　そこで、計算部１６１は、下記の式（数３）により、気流状態ｆ（Ｔｃ，Ｔｈ，ΣＰｅ，ΣＱｅ）としてΔＴｆａｃｔとΔＴｉｄｅａｌの比率を随時計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　ｆ＝１のときが理想的な状態である。図１０（ａ）に理想的な状態の例を示す。ｆ＜１であれば、理想状態の温度上昇より実際の温度上昇が低いので、気流がバイパスしている状態を示す。図１０（ｂ）に気流がバイパスしている状態の例を示す。本図に示すように、冷気と暖気が排気側で混ざり合うためＴｈが低下する。
　ｆ＞１であれば、理想状態の温度上昇より実際の温度上昇のほうが大きいので、気流が再循環している状態を示す。図１０（ｃ）に気流が再循環している状態の例を示す。本図に示すように、暖気が吸気側に回り込んでいることがわかる。
　計算部１６１により随時計算された気流状態ｆ（Ｔｃ，Ｔｈ，ΣＰｅ，ΣＱｅ）の値は、気流状態評価部１６０から表示部１７０に出力され、表示部１７０により表示される。
　また、比較部１６２は、しきい値ＤＢ１５０から、対象ラックに該当する乖離度合いのしきい値を読み出し、ｆの値との比較を行い、判定部１６３が、比較結果に基づき異常／正常を判定する。気流状態評価部１６０から、ｆの値に加えて判定結果が出力され、表示部１７０にｆの値と判定結果が表示されることとしてもよいし、気流状態評価部１６０から、判定結果のみが出力され、表示部１７０に判定結果のみが表示されることとしてもよい。
　例えば、判定部１６３は、ｆ≦０．８であれば、バイパスによる異常と判断し、ｆ≧１．２であれば再循環による異常と判断して、警報を出力し、表示部１７０が警報を表示する。警報は、１種類であってもよいし、バイパスによる異常と再循環による異常とで２種類の警報があってもよい。
　また、気流状態評価部１６０は、通信部１８０より中央サーバ２００の集中監視部２２０へ気流状態の値と判定結果（あるいは判定結果のみ）を送信する。送信されるデータには、該当ラックの番号も含まれている。
　集中監視部２２０は、受信したラックの番号をラック位置情報ＤＢ２１０の情報と照合することによって、サーバールーム内で気流悪化が生じているラックの位置を特定することができる。図１１に、ラック位置情報ＤＢ２１０に格納された情報の例を示す。
　例えば、集中監視部２２０が、ラック番号１－１の判定結果（例：バイパスによる異常を示す警報）を受信した場合、集中監視部２２０は、ラック位置情報ＤＢ２１０を参照して当該ラックの位置（Ｘ１－１，Ｙ１－１）を把握する。そして、例えば、図２に示したラック配置の画面上のラック番号１－１のラックの位置に警報を表示した画面を管理者端末等に送信する。
　なお、図４に示す形態（比較・判定を中央サーバ２００で行う形態）では、気流状態評価部１６０は気流状態の値を中央サーバ２００に送信し、中央サーバ２００の集中監視部２２０が、しきい値による比較、異常判定を実施する。
　また、図３、図４のいずれの場合においても、集中監視部２２０が、同種同型の情報通信装置を搭載するラック間でｆ（Ｔｃ，Ｔｈ，ΣＰｅ，ΣＱｅ）を比較することによって、例えばブランクパネルの設置漏れ等により気流悪化が生じているラックを特定することとしてもよい。
　（実施の形態の効果）
　従来、気流による冷却効率悪化が起こっている場合、ラック内の気流の通り抜け等の原因箇所を特定するには、空調に関する知見のある人が機械室内を目視又は触覚的に探す必要があった。また、サーバールームの運用における装置の載せ替え等によって、ラック内の空きスペースは頻繁に変わるため、その度に気流の状況が変わり、冷却効率悪化の原因箇所を探す必要があった。
　本実施の形態に係る技術により、気流による冷却効率悪化の度合いを定量的に随時計算して表示するので、容易に原因箇所を特定することができる。原因箇所が特定できれば、ブランクパネル設置等の対策を講じることができ、サーバールームのエネルギー効率を向上させることができる。
　（実施の形態のまとめ）
　本実施の形態において、少なくとも、下記の気流評価装置、気流評価システム、気流評価方法が提供される。
（第１項）
　１以上の情報通信装置が搭載されるラックに配置される気流評価装置であって、
　前記ラックの吸気側及び排気側それぞれ複数箇所の温度を測定する温度測定部と、
　前記ラックに搭載される各情報通信装置の消費電力を測定する装置消費電力測定部と、
　各情報通信装置の冷却風量を測定する装置冷却風量測定部と、
　前記温度測定部により測定された温度、前記装置消費電力測定部により測定された消費電力、及び前記装置冷却風量測定部により測定された冷却風量に基づいて、前記ラックを通過する気流の実際の温度上昇量と、前記ラックを通過する全ての気流が情報通信装置の冷却に寄与する理想状態における温度上昇量との比率を気流状態として算出する気流状態評価部と
　を有する気流評価装置。
（第２項）
　前記気流状態評価部は、前記ラック用のしきい値と前記気流状態とを比較することにより、前記気流状態の理想状態からの乖離度合いを評価する
　第１項に記載の気流評価装置。
（第３項）
　１以上のラックのそれぞれに備えられる第１項又は第２項に記載の気流評価装置と、
　各ラックに備えられる各気流評価装置とネットワークを介して接続され、各気流評価装置により算出された気流状態を受信する中央サーバと
　を備える気流評価システム。
（第４項）
　前記中央サーバは、
　各気流評価装置から受信した気流状態に基づいて、１以上のラックのうち気流悪化が生じているラックを特定する集中監視部を備える
　第３項に記載の気流評価システム。
（第５項）
　１以上の情報通信装置が搭載されるラックに配置される気流評価装置が実行する気流評価方法であって、
　前記ラックの吸気側及び排気側それぞれ複数箇所の温度を測定する温度測定ステップと、
　前記ラックに搭載される各情報通信装置の消費電力を測定する装置消費電力測定ステップと、
　各情報通信装置の冷却風量を測定する装置冷却風量測定ステップと、
　前記温度測定ステップにより測定された温度、前記装置消費電力測定ステップにより測定された消費電力、及び前記装置冷却風量測定ステップにより測定された冷却風量に基づいて、前記ラックを通過する気流の実際の温度上昇量と、前記ラックを通過する全ての気流が情報通信装置の冷却に寄与する理想状態における温度上昇量との比率を気流状態として算出する気流状態評価ステップと
　を有する気流評価方法。
　以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１００　気流評価装置
１１０　装置消費電力測定部
１２０　装置冷却風量測定部
１３０　複数の温度測定部
１４０　温度測定部の位置情報ＤＢ
１５０　しきい値ＤＢ
１６０　流状態評価部
１６１　計算部
１６２　比較部
１６３　判定部
１７０　表示部
１８０　通信部
２００　中央サーバ
２１０　ラック位置情報ＤＢ
２２０　集中監視部
３００　気流評価システム
１０００　ドライブ装置
１００２　補助記憶装置
１００３　メモリ装置
１００４　ＣＰＵ
１００５　インタフェース装置
１００６　表示装置
１００７　入力装置

Claims (5)

  1. 　１以上の情報通信装置が搭載されるラックに配置される気流評価装置であって、
    　前記ラックの吸気側及び排気側それぞれ複数箇所の温度を測定する温度測定部と、
    　前記ラックに搭載される各情報通信装置の消費電力を測定する装置消費電力測定部と、
    　各情報通信装置の冷却風量を測定する装置冷却風量測定部と、
    　前記温度測定部により測定された温度、前記装置消費電力測定部により測定された消費電力、及び前記装置冷却風量測定部により測定された冷却風量に基づいて、前記ラックを通過する気流の実際の温度上昇量と、前記ラックを通過する全ての気流が情報通信装置の冷却に寄与する理想状態における温度上昇量との比率を気流状態として算出する気流状態評価部と
    　を有する気流評価装置。
  2. 　前記気流状態評価部は、前記ラック用のしきい値と前記気流状態とを比較することにより、前記気流状態の理想状態からの乖離度合いを評価する
    　請求項１に記載の気流評価装置。
  3. 　１以上のラックのそれぞれに備えられる請求項１又は２に記載の気流評価装置と、
    　各ラックに備えられる各気流評価装置とネットワークを介して接続され、各気流評価装置により算出された気流状態を受信する中央サーバと
    　を備える気流評価システム。
  4. 　前記中央サーバは、
    　各気流評価装置から受信した気流状態に基づいて、１以上のラックのうち気流悪化が生じているラックを特定する集中監視部を備える
    　請求項３に記載の気流評価システム。
  5. 　１以上の情報通信装置が搭載されるラックに配置される気流評価装置が実行する気流評価方法であって、
    　前記ラックの吸気側及び排気側それぞれ複数箇所の温度を測定する温度測定ステップと、
    　前記ラックに搭載される各情報通信装置の消費電力を測定する装置消費電力測定ステップと、
    　各情報通信装置の冷却風量を測定する装置冷却風量測定ステップと、
    　前記温度測定ステップにより測定された温度、前記装置消費電力測定ステップにより測定された消費電力、及び前記装置冷却風量測定ステップにより測定された冷却風量に基づいて、前記ラックを通過する気流の実際の温度上昇量と、前記ラックを通過する全ての気流が情報通信装置の冷却に寄与する理想状態における温度上昇量との比率を気流状態として算出する気流状態評価ステップと
    　を有する気流評価方法。
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