(57)【要約】【課題】複数のＩＴ機器を収納した複数のＩＴ機器用ラックとこれらの空調ユニットを１つのセットとしてまとめて制御し、冷気を効率よくＩＴ機器内に供給出来るようにしたデータセンター用局所空調システムを提供する。【解決手段】複数のサーバ及びこれらの各サーバに対応して設けた複数の空調機のうち、一部の複数のサーバ及びこれらに対応する空調機を一体として捉え、当該サーバの排熱の際、隣接しない２台以上の前記空調機を稼働させて成層効率（Ｅ）、（ＥＭＡＸ）が夫々１に近く成るように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＩＴ機器と当該ＩＴ機器に対応して複数の空調機が設置された空間であって、前記ＩＴ機器の高さまでを空間下部とし、当該ＩＴ機器の上方に設けられた空調機が位置するところを空間上部とした２層構造として上下温度分布を形成させたデータセンターにおいて、
前記複数のＩＴの機器及びこれらの各ＩＴ機器に対応して設けた複数の空調機のうち、一部の複数のＩＴ機器及びこれらに対応する空調機を一体として捉え、当該ＩＴ機器の排熱の際、隣接しない２台以上の前記空調機を稼働させて下記の成層効率（Ｅ）、（ＥＭＡＸ）が夫々１に近く成るように制御することを特徴としたデータセンター用局所空調システム。
【数４】
2014059853.tif 000007
【請求項２】
前記２台以上の空調機は、両端に位置することを特徴とした、前記請求項１に記載のデータセンター用局所空調システム。
【請求項３】
前記稼働中の空調機は水平に冷気を吹き出すことを特徴とした、前記請求項１、２に記載のデータセンター用局所空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＩＴ（Information Technology）機器、例えば、サーバを複数収納した、多数のサーバラックが配置されたデータセンターにおいて、前記サーバからの発熱を適切に冷却できる局所空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自然換気を併用した、複数のサーバを収納した、多数のサーバラックが配置されたデータセンターにおいては、サーバラックが必要とするエリアに空調機が設けられ、前記多数のサーバから排気される暖気を吸引し、熱交換器にて冷却された冷気を送り出して、これら多数のサーバを冷却している。これらの空調機では、特許文献１に記載されたように、サーバラックの前面側、背面側の温度を測定して、これらの測定結果を前記空調機に反映させ、当該空調機を制御している。
【０００３】
一方、従来のサーバラックは、図１０に示すように、ラック本体７１内が多数の仕切板７２により仕切られて複数のサーバ収容室７３が形成されたものである。このサーバ収容室７３に、サーバ７９がそれぞれ収容される。ラック本体７１の前面が全面開口し、これが吸気口７４となり各サーバ収容室７３と連通する。ラック本体７１の背面も全面開口し、これが排気口７５となり各サーバ収容室７３からそれぞれ排気される。ラック本体７１が載置される床７７は、二重床構造で形成され、床下に給気プレナム７６が形成される。床７７には、グレーチング７８が備わり、空調機８１（図１１参照）からの冷気は給気プレナム７６を通って、ラック本体７１の吸気口７４近傍の床７７に形成された格子板であるグレーチング７８から給気され、ラック本体７１の吸気口７４に流入する。この冷気の流入は、サーバ７９に内蔵された内蔵ファン８０により吸気されて行われる。
【０００４】
図１１に示すように、従来のデータセンターは、サーバ管理室８３内に、サーバ７９を収容したラック本体７１を複数（図では６個）並べて形成されたラック列８２を複数（図では４列）配設したものである。床７７に備わるグレーチング７８は、いずれもラック本体７１の吸気口７４側に形成される。サーバ７９が稼動して発熱すると、上述したように、空調機８１から冷気が給気プレナム７６を通ってグレーチング７８からサーバ管理室８３内に給気され、吸気口７４から各サーバ収容室７３（図１０参照）内に流入してサーバ７９を冷却し、温められた暖気は排気口７５からサーバ管理室８３に排気されて再び空調機８１に還気される。
【０００５】
しかしながら、データセンターで管理するサーバ７９のユーザは多数にわたり、使用されるサーバ７９は状況に応じて変動する。したがって、サーバ管理室８３内のどの場所で、どのような範囲で、どのような量の発熱が生じ、また発熱する時間帯も定まらない温熱環境となっている。このような温度環境下において高温となった個々のサーバ７９を適正な温度で管理するためには、空調機８１からの風量を増加させて対応する。しかしながら、吸気される風量が増加し、流速も高くなるとこの吸気に誘引され、暖められた排気がラック本体７１を回り込む（図１０の矢印Ａ）原因となる。この様な、排気（暖気）を再びサーバの内部に取り込むとサーバが適切に冷却されずに、サーバの動作に不具合を生じさせることとなる。
【０００６】
この様な点を解決すべく、特許文献２のサーバラックが開発された。これは、吸気口と排気口とを有するラック本体からなり、このラック本体内には、仕切板で仕切られた複数のサーバ収容室が形成され、前記排気口には、前記サーバ収容室に収容されたサーバが備える内蔵ファンよりも大風量を送風できるファンが備わったものや、排気口からの暖かい排気が吸気口側に回り込まない様に排気を排気プレナム等に導入する等の装置を設けている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−３３１０５号公報
【特許文献２】特開２００９−１４０４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１の様に、サーバラックに空調ユニットが個別に対応することは効率の上で最適な制御方法であるが、様々なデータセンターにおいて、制御やコスト面を考えた場合、考慮の余地はあると思われる。複数のサーバを収納したサーバラックとこれらのサーバラックに対応した空調ユニットを１対１で制御するより、特定数のサーバラックと特定数の空調ユニットをエリアで統合的に制御した方が合理的でコストダウンにつながるとも考えられる。
【０００９】
また、前記特許文献２のものは、大型のファンを設けたり、排気ダクト、排気プレナムを設ける等種々の装置や設備を必要とし、大掛かりなものとなりコスト的にも高いものとなってしまう。
【００１０】
この発明は、前記従来技術を考慮したものであって、複数のサーバを収納した複数のサーバラックとこれらの空調ユニットをエリアで統合的に制御し、サーバから排出された暖気を効果的に吸引してこれらのサーバの前面に回り込まないようにし、また、サーバ冷却用の冷気を効率よく確実にサーバ内に供給出来るようにした、データセンター用局所空調システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願請求項１の発明では、複数のＩＴ機器と当該ＩＴ機器に対応して複数の空調機が設置された空間であって、前記ＩＴ機器の高さまでを空間下部とし、当該ＩＴ機器の上方に設けられた空調機が位置するところを空間上部とした２層構造として上下温度分布を形成させたデータセンターにおいて、前記複数のＩＴの機器及びこれらの各ＩＴ機器に対応して設けた複数の空調機のうち、一部の複数のＩＴ機器及びこれらに対応する空調機を一体として捉え、当該ＩＴ機器の排熱の際、隣接しない２台以上の前記空調機を稼働させて下記の成層効率（Ｅ）、（ＥＭＡＸ）が夫々１に近く成るように制御するデータセンター用局所空調システムとした。
【００１２】
【数１】
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【００１３】
請求項２の発明では、前記２台以上の空調機は、両端に位置する前記請求項１に記載のデータセンター用局所空調システムとした。
【００１４】
請求項３の発明では、前記稼働中の空調機は水平に冷気を吹き出す前記請求項１、２に記載のデータセンター用局所空調システムとした。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１、２の各発明によれば、複数のＩＴ機器と複数の空調機を１セットとしてまとめて制御し、ＩＴ機器から排出された暖気を効果的に吸引してこれらのＩＴ機器の前面に回り込まないようにし、また、ＩＴ機器冷却用の冷気を効率よく確実にサーバ内に供給出来るものである。これらの結果、成層効率を大きくすることによって、冷却時間が拡大することから、データセンターの省エネに大きく貢献できるものである。
【００１６】
また、請求項２、３の各発明によれば、成層効率（Ｅ）、（Ｅｍａｘ）をより効果的に１に近づけることができ、また、成層効率（Ｅｍａｘ）をより大きくすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施例１の２層ブロックモデルの説明図である。
【図２】この発明の実施例１のデータセンターにおいて、６台のサーバラックに対応して、当該各サーバラックの上方に空調機を設置したことのイメージを示す図である。
【図３】この発明の実施例１の実験におけるCase2-1-cの等温線図である。
【図４】この発明の実施例１の実験におけるCase2-1-dの等温線図である。
【図５】この発明の実施例１の実験におけるCase3-1の等温線図である。
【図６】この発明の実施例１の実験におけるCase3-2の等温線図である。
【図７】この発明の実施例１の実験におけるCase1-aの等温線図である。
【図８】この発明の実施例１の実験におけるCase4-3の等温線図である。
【図９】この発明の実施例１の実験における各Caseの成層効率を比較したグラフ図である。
【図１０】従来のサーバラックの断面図である。
【図１１】従来のデータセンターの概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
複数のＩＴ機器と当該ＩＴ機器に対応して複数の空調機が設置された空間であって、前記ＩＴ機器の高さまでを空間下部とし、当該ＩＴ機器の上方に設けられた空調機が位置するところを空間上部とした２層構造として上下温度分布を形成させたデータセンターにおいて、前記複数のＩＴの機器及びこれらの各ＩＴ機器に対応して設けた複数の空調機のうち、一部の複数のＩＴ機器及びこれらに対応する空調機を一体として捉え、当該ＩＴ機器の排熱の際、隣接しない２台以上の前記空調機を稼働させて下記の成層効率（Ｅ）、（ＥＭＡＸ）が夫々１に近く成るように制御した。
【００１９】
【数２】
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【００２０】
これにより、ＩＴ機器冷却用の冷気を効率よく確実にサーバ内に供給出来るものである。
【実施例１】
【００２１】
この発明の実施例１を説明する。自然換気が併用されたサーバ等のＩＴ機器のデータセンターの省エネの評価は、図１に示す様に、このデータセンターを２層ブロックモデルを用いて検討することが適切な評価手法である。また、後述する成層効率を大きくすることによって、自然換気による冷却時間が拡大出来ることから、データセンターの省エネに貢献するものである。前記図１に示す２層ブロックモデルとは、ＩＴ機器の高さまでを空間下部（Lower  Zone）とし、このＩＴ機器の上方に設けられた空調機が位置するところを空間上部（Upper Zone）とし、上下温度分布が形成された空間を言う。
【００２２】
最初に、本件発明者は、自然換気方法が導入されたデータセンターにおいて、冷却効率とＩＴ機器自身の排熱の再帰によるＩＴ機器吸込み温度への影響度を評価するため、熱収支に基づき以下に示す評価モデルを作成した。一般的に、高負荷型を伴うＩＴ機器風量の増大によって自然換気量（ｑ）はＩＴ機器風量（Ｑ）より少なくなる。
【００２３】
データセンターの温熱環境の運用上重要となるＩＴ機器の吸込み温度（θｓ）は排気温度（θＥ）の影響を受けることになる。ここで、θＥとθｓの空気間では混合風量（Ｖ）による空気流動があるものと仮定し、θｓを低く維持するためにはＶを抑制することが重要となる。また、この評価モデルでは、鉛直方向における室内の空気流動を表す指標として、以下の式（１）に示すような成層効率（Ｅ）を定義した。また、θｓ、ｍａｘによるものを式（２）に示す成層効率（Ｅｍａｘ）と定義した。
【００２４】
【数３】
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【００２５】
成層効率（Ｅ）、（Ｅｍａｘ）は、一般的に０＜Ｅ＜１の範囲内を示し、鉛直方向における室内空気の混合風量が少ない場合、成層効率（Ｅ）、（Ｅｍａｘ）が１に近づき、上下温度分布が形成されていることが分かり、冷却効率が高いことを示す。このようなことから、成層効率（Ｅ）は自然換気併用型データセンターにおけるＩＴ機器の冷却効果を評価・検討する上で重要な指標となることが分かった。
【００２６】
自然換気を行いながら、冷却の不足分を空調で補う部分空調が必要となった場合に、どのような態様で空調することが合理的か検討するためにコンピュータによるケーススタディを行った。図２に示す様に、６列のサーバラック１（内側に複数のサーバを収納している。）に対向して、夫々６つの空調機２（空１〜空６）を配置した場合において、各空調機２（空１〜空６）が５０％の部分空調を行うケースを想定した。検討ケースを表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
全ＩＴ機器（ここでは、サーバとする。以下同じ）を均等に５０％の負荷除去率で空調するケース（Case１-a、Case１-ｂ）、空調バランスを７５％と２５％にサーバラックごとで２段階としたケース（Case２-1-a、Case２-1-ｂ、Case２-1-ｃ、Case２-1-ｄ、Case２-2）、１００％空調と非空調を想定したケース（Case３-1、Case３-２）、１００％を超える過剰冷却を一部の空調機のみに実施したケース（Case４-1、Case４-2、Case４-3、Case５-1、Case５-2、）を用意した。また、この表１において、数字横の矢印（水平：→、垂直：↑）は、空調機の吹き出し方向を示している。
【００２９】
これらのケースの代表断面の等温線を図３〜８に示し、成層効率の比較を図９に示す。まず全ての空調機により均等に空調するCase１-a、Case１-ｂを見ると、図９に示す様に、Case１-aでは、成層効率（Ｅ）は０．５１、成層効率（ＥＭＡＸ）は０．３６であり、Case１-ｂでは、成層効率（Ｅ）は、０．４９であり、成層効率（ＥＭＡＸ）は０．４であり、後述する他のケースと比較して小さかった。これらにより部分空調モードでは、全サーバラックを全ての空調機により均等に空調することは得策ではないことが分かった。
【００３０】
次に、Case２で吹き出し方向の検討をした。Case２-1-ｃ、Case２-1-ｄを見ると、図３、４に示す様に、図４の負荷除去率の低いサーバ（表１参照、右側３つ）の排気を垂直に、高いサーバ（左側３つ）の排気を水平に吹出した方が、これとは逆の図３のものよりも等温線が低くなっており有効であることが分かった。これらのことから、Case３、４及び５の条件では、空調機の吹出しを水平としている。
【００３１】
次に、空調機の配置を検討した。Case３-1、Case３-２を見ると、Case３-1は、左側の空調機（表１参照、空１、２及び３）のみを稼働させているのに対し、Case３-２では、１つおきの空調機（空１、３及び５）のみを稼働させている。その結果、図５、６に示す様に、空調機を集中配置したケースよりも分散配置したケースできれいな温度成層が形成されていることが分かった。これらの成層効率を見ると、図９に示す様に、Case３-1の成層効率（Ｅ）は、０．８９であり、成層効率（ＥＭＡＸ）は、０．７４であり、Case３-２の成層効率（Ｅ）は、０．９１であり、成層効率（ＥＭＡＸ）は、０．８３であり、分散配置の方が成層効率（ＥＭＡＸ）を大きくすることができた。
【００３２】
また、空調機の能力を検討した。Case１-aとCase４-3を見ると、Case１-aは前述の通り、全ての空調機（空１〜６）を５０％で稼働させたものであり、Case４-3は、左右両端の空調機（空１、６）のみを稼働させたものであるが、図７、８を見ると、Case４-3を示す図８の方がきれいな温度成層が形成されていることが分かった。ここで図９を見ると、Case１-aの成層効率（Ｅ）は、０．５１であり、成層効率（ＥＭＡＸ）は、０．３６であり、Case４-３の成層効率（Ｅ）は、０．９７であり、成層効率（ＥＭＡＸ）は、０．９２であり、一部の空調機により集中的に冷却する方が成層効率（ＥＭＡＸ）は高い値に維持されその有効性が分かった。
【００３３】
これらのことから、本件発明者が作成した評価モデルである、成層効率（Ｅ）、（ＥＭＡＸ）を指標とした実験結果が有効なものであり、この成層効率（Ｅ）、（ＥＭＡＸ）を大きくすることによって、自然換気による冷却時間が拡大することから、データセンターの省エネに大きく貢献するものである。
【００３４】
前記自然換気を併用したデータセンターの部分空調においては、データセンターにおいて、過剰冷却となる空調機を分散して配置することが温度成層維持に有効であることが分かった。また、負荷除去率の低いサーバの排気を垂直に、高いサーバの排気を水平に吹出した方が成層効率（ＥＭＡＸ）が高くなることが分かった。
【００３５】
前記実施例では、ＩＴ機器として、サーバを用いて説明しているが、データセンター配置されるものなら、もちろん他のＩＴ機器でも良く、ストレージやＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply）などでも良い。
【符号の説明】
【００３６】
１    サーバラック、２    空調機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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